mytugas4

CPU : SISTEM BUS & ALU

                                     

CPU

Central processing unit (CPU) adalah bagian dari sebuah komputer sistem yang melaksanakan instruksi dari program komputer , untuk melakukan aritmatika, logis, dan dasar input / output dari sistem operasi.

        PENGERTIAN BUS

Pada motherboard terdapat saluran-saluran penghubung yang menghubungkan satu komponen dengan komponen lainnya. Saluran penghubung ini berupa garis-garis yang tercetak pada PCB motherboard. Melalui saluran-saluran inilah data, informasi, dan instruksi-instruksi yang diberikan pada komputer ditransfer/melintas dari komponen satu ke komponen lainnya. Data dan instruksi tersebut diangkut dalam wujud sinyal-sinyal elektronis yang mempunyai makna tertentu. Sekelompok saluran yang mempunyai fungsi yang sama disebut jalur atau bus. Saluran-saluran penghubung tadi disebut pula dengan istikah konduktor.

·                     ORGANISASI BUS 

Organsiasi bus merupakan sekumpulan dari bagian-bagian bus dimana tersusun menjadi satu,yang memungkinkan suatu bus dapat bekerja dan dapat dilakukan. Adapun bagian tersebut yaitu seperti Pengertian jalur tidak sama dengan saluran. Dalam hal ini, jalur adalah kata jamak dari saluran. Pahamilah penjelasan berikut ini: Jalur data (data bus) yang terdiri dari beberapa (sejumlah) saluran data, jalur adres (address bus) terdiri dari beberapa (sejumlah) saluran adreess dan jalur kontrol (control bus) terdiri dari beberapa (sejumlah) saluran control.

·                     STRUKTUR BUS

Sebuah bus biasanya terdiri atas beberapa saluran. Sebagai contoh bus data terdiri atas 8 saluran sehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data 8 bit. Secara umum fungsi saluran bus dikatagorikan dalam tiga bagian, yaitu saluran data, saluran alamat dan saluran control. Saluran data(data bus) adalah lintasan bagi perpindahan data antar modul. Secara kolektif lintasan ini disebut bus data. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32 saluran dengan tujuan agar mentransfer word dalam sekali waktu. Jumlah saluran dalam bus data dikatakan lebar bus, dengan satuan bit, misal lebar bus 16 bit.

·                     KONEKSI BUS

Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih komponen komputer. Sifat penting dan merupakan syarat utama bus adalah media transmisi yang dapat digunakan bersama oleh sejumlah perangkat yang terhubung apadanya.

Karena digunakan bersama, diperlukan aturan main agar tidak terjadi tabrakan data atau kerusakan data yang ditransmisikan. Walaupun digunakan bersama namun dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

·                     TIPE BUS

Berdasar jenis busnya, bus dibedakan menjadi bus yang khusus menyalurkan data tertentu, misalnya paket data saja, atau alamat saja, jenis ini disebut dedicated bus. Namun apabila bus dilalukan informasi yang berbeda baik data, alamat maupun sinyal kontrol dengan metode mulipleks data maka bus ini disebut multiplexed bus. 

Keuntungan mulitiplexed bus adalah hanya memerlukan saluran sedikit sehingga dapat menghemat tempat, namun kerugiannya adalah kecepatan transfer data menurun dan diperlukan mekanisme yang komplek untuk mengurai data yang telah dimulitipleks. 

Saat ini yang umum, bus didedikasikan untuk tiga macam, yaitu bus data, bus alamat dan bus 

kontrol. 

·                     ALU (Aritmetik Logic Unit)

adalah sebuah sirkuit digital yang melakukan aritmatika dan logika operasi. ALU adalah sebuah blok bangunan fundamental dari central processing unit komputer, dan bahkan yang paling sederhana mikroprosesor mengandung satu untuk tujuan seperti timer mempertahankan. Prosesor ditemukan di dalam CPU modern dan unit pengolahan grafis ( GPU ) mengakomodasi ALUS sangat kuat dan sangat kompleks, sebuah komponen tunggal mungkin berisi sejumlah alus.

- Fixed Point

adalah tipe data yang nyata untuk nomor yang telah tetap jumlah digit setelah (dan kadang-kadang juga sebelum) titik radix (setelah titik desimal dalam notasi desimal bahasa Inggris '.'). Representasi fixed-point nomor dapat dibandingkan dengan (dan lebih menuntut komputasi) lebih rumit floating point representasi nomor. 

Fixed-point nomor berguna untuk mewakili nilai-nilai pecahan, biasanya dalam basis 2 atau basis 10, ketika menjalankan prosesor tidak memiliki unit floating point (FPU) atau jika fixed-point menyediakan peningkatan kinerja atau akurasi untuk aplikasi di tangan. Paling rendah-biaya tertanam mikroprosesor dan mikrokontroler tidak memiliki FPU. 

- Floating Point

floating point menjelaskan metode mewakili bilangan real dalam cara yang dapat mendukung berbagai nilai. Nomor, pada umumnya, mewakili sekitar untuk tetap jumlah digit yang signifikan dan ditingkatkan menggunakan eksponen . Dasar untuk scaling biasanya 2, 10 atau 16. Jumlah yang khas yang dapat diwakili tepat adalah dalam bentuk: 

Signifikan digit × basis eksponen 

Floating point merujuk pada fakta bahwa titik radix (titik desimal, atau, lebih umum di komputer, titik biner) dapat "mengambang", yaitu, dapat ditempatkan di mana saja relatif terhadap angka signifikan dari nomor tersebut. Posisi ini ditunjukkan secara terpisah dalam representasi internal, dan floating-point sehingga representasi dapat dianggap sebagai realisasi komputer notasi ilmiah.

·                     CU (Control Unit)

adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut.

Pada awal-awal desain komputer, CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang datang dari word-word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut, termasuk di antaranya adalah register, ALU, register instruksi, bus dan peralatan input/output di luar chip. Pada komputer modern, setiap subsistem ini telah memiliki kontrolernya masing-masing, dengan CU sebagai pemantaunya (supervisor).

·                     REGISTER

Adalah memori yang kecil pada computer yang bekerja dengan kecepatan sangat tinggi yang digunakan untuk melakukan eksekusi terhadap program-program komputer dengan menyediakan akses yang cepat terhadap nilai-nilai yang umum digunakan. Umumnya nilai-nilai yang umum digunakan adalah nilai yang sedang dieksekusi dalam waktu tertentu.

- Set Register

Prosesor memiliki 16 register 16-bit, meskipun hanya 12 dari mereka adalah tujuan yang benar-benar umum. Empat pertama telah mendedikasikan menggunakan:

• r0 (alias PC) adalah program counter. Anda bisa melompat dengan menentukan r0, dan konstanta yang diambil langsung dari aliran instruksi menggunakan pasca-kenaikan mode pengalamatan r0. PC selalu bahkan. 

• r1 (alias SP) adalah stack pointer. Ini digunakan oleh panggilan dan instruksi dorong, dan dengan penanganan interupsi. Hanya ada satu stack pointer; MSP430 tidak memiliki apa pun yang menyerupai mode supervisor. Pointer stack selalu bahkan; Tidak jelas apakah LSB bahkan diimplementasikan. 

• r2 (alias SR) adalah register status.

• r3 ini didesain untuk 0. Jika ditetapkan sebagai sumber, nilainya adalah 0. Jika ditetapkan sebagai tujuan, nilai tersebut akan dibuang.

- Control Register

Adalah prosesor yang mengubah atau mengontrol CPU atau perangkat digital lainnya. Tugas dari control register adalah untuk mengontrol setiap alamat yang ada di CPU dan untuk switching mode pengalamatan.

tugas 3

ARSITEKTUR SET INSTRUKSI

Set instruksi didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur computer yang dapat dilihat oleh para pemrogram.

Dua bagian utama arsitektur komputer:

1.      Instruction set architecture (ISA) / arsitektur set instruksi

ISA meliputi spesifikasi yang menentukan bagaimana programmer bahasa mesin akan berinteraksi oleh computer. ISA menentukan sifat komputasional computer.

2.      Hardware system architecture (HSA) / arsitektur system hardware

HAS berkaitan dengan subsistem hardware utama computer (CPU, system memori dan IO). HSA mencakup desain logis dan organisasi arus data dari subsistem

– Jenis-jenis Instruksi

·         Data processing/pengoahan data : instruksi aritmetika dan logika.

·         Data storage/penyimpanan data : instruksi-instruksi memori.

·         Data movement/perpindahan data : instruksi I/O.

·         Control/control : instruksi pemeriksaan dan percabangan.

Instruksi aritmetika memiliki kemampuan untuk mengolah data numeric. Sedangkan instruksi logika beroperasi pada bit-bit word sebagai bit, bukan sebagai bilangan. Operasi-operasi tersebut dilakukan teutama untuk data di register CPU.
Instruksi-instruksi memori diperlukan untuk memindah data yang terdapat di memori dan register.
Instruksi-instruksi I/O diperlukan untuk memindahkan program dan data kedalam memori dan mengembalikan hasil komputasi kepada pengguna.

 -Desain set Instruksi

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangatkomplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah:

1.      Kelengkapan set instruksi

2.      Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)

3.      Kompatibilitas :

·         source code compatibility

·         Object code Compatibility

Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut :

·         Operation Repertoire

Berapa banyak dan opera siapa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya

·         Data Types

Tipe/jenis data yang dapat olah

·         Instruction Format

Panjangnya, banyaknya alamat,dsb.

·         Register

Banyaknya register yang dapat digunakan

·         Addressing
Mode pengalamatan untuk operand

-Teknik Pengalamatan

1.      Immediate Addressing

2.      Direct Addressing

3.      Indirect Addressing

4.      Register addressing

5.      Register indirect addressing

6.      Displacement addressing

7.      Stack addressing

·         Immediate Addressing (Pengalamatan Segera)

Adalah bentuk pengalamatan yang paling sederhana.

Penjelasan :

·         Operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari intsruksi

·         Operand sama dengan field alamat

·         Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk complement dua

·         Bit paling kiri sebagai bit tanda

·         Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda digeser ke kiri hingga maksimum word data

Keuntungan :

·         Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand

·         Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhanakan akan cepat

Kekurangan :

·         Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field

Contoh :

ADD 7 ; tambahkan 7 pada akumulator

·         Direct Addressing (Pengalamatan Langsung)

Penjelasan :

1.      Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer kecil

2.      Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus

Kelebihan :

·         Field alamat berisi efektif address sebuah operand

Kekurangan :

·         Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word

Contoh :

ADD A ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator

·         Indirect Addressing (Pengalamatan tak langsung)

Penjelasan :

1.      Merupakan mode pengalamatan tak langsung

2.      Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilirannya akan berisi alamat operand yang panjang

Kelebihan :

·         Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi

Kekurangan :

·         Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat proses operasi

Contoh :

ADD (A) ; tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator

·         Register addressing (Pengalamatan Register)

Penjelasan :

1.      Metode pengalamatan register mirip dengan mode pengalamatan langsung

2.      Perbedaanya terletak pada field alamat yang mengacu pada register, bukan pada memori utama

3.      Field yang mereferensi register memiliki panjang 3 atau 4 bit, sehingga dapat mereferensi 8 atau 16 register general purpose

Keuntungan :

1.      Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori

2.      Akses ke register lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat

Kerugian :

·         Ruang alamat menjadi terbatas

·         Register indirect addressing (Pengalamatan tak-langsung register)

Penjelasan :

1.      Metode pengalamatan register tidak langsung mirip dengan mode pengalamatan tidak langsung

2.      Perbedaannya adalah field alamat mengacu pada alamat register

3.      Letak operand berada pada memori yang dituju oleh isi register

4.      Keuntungan dan keterbatasan pengalamatan register tidak langsung pada dasarnya sama dengan pengalamatan tidak langsung

5.      Keterbatasan field alamat diatasi dengan pengaksesan memori yang tidak langsung sehingga alamat yang dapat direferensi makin banyak

6.      Dalam satu siklus pengambilan dan penyimpanan, mode pengalamatan register tidak langsung hanya menggunakan satu referensi memori utama sehingga lebih cepat daripada mode pengalamatan tidak langsung

·         Displacement addressing

Penjelasan :

1.      Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung

2.      Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit

3.      Operand berada pada alamat A ditambahkan isi register

4.      Tiga model displacement :-Relative addressing : register yang direferensi secara implisit adalah Program Counter (PC)-Alamat efektif didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field alamat-Memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk menyediakan operand-operand berikutnya.

5.      Base register addressing : register yang direferensi berisi sebuah alamat memori dan field alamat berisi perpindahan dari alamat itu :-Referensi register dapat eksplisit maupun implisit-Memanfaatkan konsep lokalitas memori

6.      Indexing  : field alamat mereferensi alamat memori utama, dan register yang direferensikan berisi pemindahan positif dari alamat tersebut

·          

§  Merupakan kebalikan dari mode base register

§  Field alamat dianggap sebagai alamat memori dalam indexing

§  Manfaat penting dari indexing adalah untuk eksekusi program-pprogram iteratif

Contoh :

Field eksplisit bernilai A dan field imlisit mengarah pada register

·         Stack addressing

Penjelasan :

1.      Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-firs-out

2.      Stack merupakan blok lokasi yang terbaik

3.      Btir ditambahkan ke puncak stack sehingga setiap blok akan terisi secara parsial

4.      Yang berkaitan dengan stack adalah pointer yang nilainya merupakan alamat bagian paling atas stack

5.      Dua elemen teratas stack dapat berada di dalam register CPU, yang dalam hal ini stack pointer mereferensi ke elemen ketiga stack

6.      Stack pointer tetap berada dalam register

7.      Dengan demikian, referensi-referensi ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya merupakan pengalamatan register tidak langsung