CPU (Central Processing Unit)

• Central Processing Unit (CPU)

CPU Merupakan bagian utama dari komputer karena processor berfungsi untuk mengatur semua aktifitas yang ada pada komputer. CPU berfungsi seperti kalkulator, hanya saja CPU jauh lebih kuat daya pemrosesannya. Fungsi utama dari CPU adalah melakukan operasi aritmetika dan logika terhadap data yang diambil dari memori atau dari informasi yang dimasukkan.

Gambar 1. Komputer & CPU

• SISTEM BUS

Sistem bus dalam arsitektur komputer merujuk pada bus yang digunakan oleh sistem komputer untuk menghubungkan semua komponennya dalam menjalankan tugasnya. Sebuah bus adalah sebutan untuk jalur di mana data dapat mengalir dalam komputer. Jalur –jalur ini digunakan untuk komunikasi dan dapat dibuat antara dua elemen atau lebih. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi oleh CPU melalui perantara sistem bus. 

Gambar 2. Sistem BUS

• BUS

Pengertian bus adalah bagian dari sistem komputer yang berfungsi untuk memindahkan data antar bagian- bagian dalam sistem komputer. Data dipindahkan dari piranti masukan ke CPU, CPU ke memori, atau dari memori ke piranti keluaran. Bus meruppakan jalur komunikasi yang dibagi pemakai suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai subsistem. Sistem bus adalah sebuah bus yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer (CPU, Memori, I/O). Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya.

Bus pada CPU dapat dibedakan atas :

1. Data Bus ( Saluran Data )

2. Address Bus ( Saluran Alamat )

3. Control Bus ( Saluran Kendali )

• JENIS-JENIS SISTEM BUS

a. Data bus (Saluran Data)

Saluran data memberikan lintasan bagi perpindahan data antara dua modul sistem. Saluran ini secara kolektif disebut bus data. Umunya bus data terdiri dari 8, 16, 32 saluran.

b. Address Bus (Saluran Alamat) 

1. Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data. Misalnya , bila CPU akan membaca sebuah word dat adari memroi, maka CPU akan menaruh alamt word yang dimaksud pada saluran alamat.

2. Digunakan untuk mengirinkan alamat word pada memori yang akan diakses CPU.

3. Digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.

4. Semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat.

c. Control Bus (Saluran Control)

Saluran kontrol digunakan untuk mengontrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh seluruh komponen, maka harus ada alat unruk mengontrol penggunaanya. Berikut ini adalah fungsi-fungsi yang terdapat pada control bus (saluran control):

1. Digunkan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data.

2. Digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU.

3. Digunakan untuk saluran almat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.

4. Semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agak dapat diakses harus memiliki alamat. Contoh : mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya.

• ARITHMATICAL LOGICAL UNIT (ALU)

Gambar 3. ALU

Adalah salah satu bagian dalam dari sebuah mikroprosesor yang berfungsi untuk melakukan operasi hitungan aritmetika dan logika. Contoh operasi aritmetika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. tugas utama dari ALU (Arithmetic And Logic Unit)adalah melakukan semua perhitungan aritmetika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan operasi arithmatika dengan dasar pertambahan, sedang operasi arithmatika yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi arithmatika ini disebut adder. Tugas lalin dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika (logical operation) meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika, yaitu:

a. sama dengan (=)

b. tidak sama dengan (<>)

c. kurang dari (<)

d. kurang atau sama dengan dari (<=)

e. lebih besar dari (>)

f. lebih besar atau sama dengan dari (>=) (sumber: Buku Pengenalan Komputer, Hal 154-155, karangan Prof.Dr.Jogiyanto H.M, M.B.A.,Akt.)

Fungsi-fungsi yang didefinisikan pada ALU adalah Add (penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda), Sub (pengurangan), Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left logical), srl (shift right logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain.

• Central Logic Unit

Bertugas mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada di sistem komputer, yaitu :
- mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output
- mengambil instruksi-instruksi dari memori utama
- mengambil data dari memori utama untuk diproses
- mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta
mengawasi kerja dari ALU
- mengirim hasil proses ke memori utama untuk disimpan dan pada saatnya disajikan ke alat
output.

• Set Register

Salah satu perbedaan pokok antara satu komputer dengan komputer lainnya adalah pada sifat set registernya.
Set register dapat dibedakan menjadi dua:
- set register tujuan khusus (special purpose)
- set register tujuan umum (general purpose)
Instruction Register (IR) atau Program Counter (PC) – untuk menyimpan alamat instruksi yang sedang dijalankan. Memory Address Register (MAR) untuk menyimpan alamat memori yang akan diakses. Memory Buffer Register (MBR) untuk menampung data pada saat operasi pemuatan maupun penyimpanan data. Indexs Register (IR) untuk menyimpan indeks, misalnya untuk mengakses elemen dalam array. Flag Register atau Processor-Status Bits, misalnya untuk menyimpan indikasi hasil operasi aritmatika dan logika,
seperti:
- P (hasil Positif)
- Z (hasil Zero/Nol)
- N (hasil Negatif)
- C (Carry out)
- V (Over Flow)
- Dan lainnya

Referensi:

http://jamilah.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/35151/ARKOM.pdf 
http://aguspri.dosen.st3telkom.ac.id/wp-content/uploads/sites/19/2015/12/4.2-Struktur-CPU.pdf
https://id.wikipedia.org/wiki/Bus_sistem

https://id.wikipedia.org/wiki/Unit_Pemroses_Sentral

Arsitektur Set Instruksi

• Karakteristik Dan Fungsi Set Instruksi

Set Instruksi (bahasa Inggris: Instruction Set, atau Instruction Set Architecture (ISA)) didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram, atau dengan kata lain Kumpulan dari instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan oleh CPU disebut set Instruksi (Instruction Set). Operasi dari CPU ditentukan oleh instruksi-instruksi yang dilaksanakan atau dijalankannya. Instruksi ini sering disebut sebagai instruksi mesin (mechine instructions) atau instruksi komputer (computer instructions)Secara umum, ISA ini mencakup jenis data yang didukung, jenis instruksi yang dipakai, jenis register, mode pengalamatan, arsitektur memori, penanganan interupsi, eksepsi, dan operasi I/O eksternalnya (jika ada).

Gambar. 1. Diagram Siklus Instruksi Komputer

ISA merupakan sebuah spesifikasi dari Pullman semua kode-kode biner (opcode) yang diimplementasikan dalam bentuk aslinya (native form) dalam sebuah desain prosesor tertentu. Kumpulan opcode tersebut, umumnya disebut sebagai bahasa mesin (machine language) untuk ISA yang bersangkutan. ISA yang populer digunakan adalah set instruksi untuk chip Intel x86, IA-64, IBM PowerPC, Motorola 68000, Sun SPARC, DEC Alpha, dan lain-lain.

• ELEMEN - ELEMEN DARI SET INSTRUKSI

1. Operation Code (opcode)     : menentukan operasi yang akan dilaksanakan.
2. Source Operand Reference   : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan.
3. Result Operand Reference   : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan.
4. Next Instruction Reference : memberitahu CPU untuk mengambil instruksi berikutnya setelah instruksi yang dijalankan selesai.

• FORMAT INSTRUKSI

Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi.

Gambar. 2. Format Instruksi.

• Desain Set Instruksi

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

1. Kelengkapan set instruksi

2. Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)

3. Kompatibilitas 

• Tipe Atau Jenis-Jenis Instruksi

1. Data procecessing: Arithmetic dan Logic Instructions
Data processing adalah jenis pemrosesan yang dapat mengubah data menjadi informasi atau pengetahuan.Setelah diolah, data ini biasanya mempunyai nilai yang informative, maka istilah pemrosesan data sering dikatakan sebagai sistem informasi.

2. Data storage: Memory instructions
Sering disebut sebagai memori komputer, merujuk kepada komponen komputer, perangkat komputer, dan media perekaman yang mempertahankan data digital yang digunakan untuk beberapa interval waktu. Dalam penggunaan kontemporer, memori komputer merujuk kepada bentuk media penyimpanan berbahan semikonduktor, yang dikenal dengan sebutan Random Access Memory (RAM).Akan tetapi, istilah "computer storage" sekarang secara umum merujuk kepada media penyimpanan massal seperti halnya hard disk.

3. Data Movement: I/O instructions

Proses data movement ini adalah memindahkan (dapat dikatakan membackup juga) data – data dari database yang berupa data, indeks, grand, schema, dan lain – lain ketempat baru. Data movement terdiri dari 2 bagian besar yaitu: Load & Upload dan Export & Import. Load berfungsi untuk memasukan data / transaksi ke sebuah table. Sedangkan upload berfungsi untuk membuat dari data table ke fisik / file. 

4. Control: Test and branch instructions
CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store).Control Unit - CU) 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.

• Desain Set Instruksi

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

1. Kelengkapan set instruksi

2. Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)

3. Kompatibilitas 

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

1. Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya
2. Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
3. Register: Banyaknya register yang dapat digunakan
4. Addressing: Mode pengalamatan untuk operand

• Jenis-Jenis Operand

a. Addresses

b. Numbers:
Integer or fixed point
Floating point
Decimal (BCD)

c. Characters:
ASCII
EBCDIC

d. Logical Data: Bila data berbentuk binary “0” dan “1” 

• Rancangan Set Instruksi

a. Aspek paling menarik dalam arsitektur komputer adalah perancangan set instruksi, karena rancangan ini berpengaruh banyak pada aspek lainnya.
b. Set instruksi menentukan banyak fungsi yang harus dilakukan CPU.
c. Set instruksi merupakan alat bagi para pemrogram untuk mengontrol kerja CPU.
d. Pertimbangan kebutuhan pemrogram menjadi bahan pertimbangan dalam merancang set instruksi.

• Teknik Pengalamatan

1. Immediate Addressing
2. Direct Addressing
3. Indirect Addressing
4. Register addressing
5. Register indirect addressing
6. Displacement addressing
7. Stack addressing

Metode pengalamatan merupakan aspek dari set instruksi arsitektur disebagian unit pengolah pusat (CPU) desain yang didefinisikan dalam set instruksi arsitektur dan menentukan bagaimana bahasa mesin petunjuk dalam arsitektur untuk mengidentifikasi operan dari setiap instruksi. Sebuah mode pengalamatan menentukan bagaimana menghitung alamat memori yang efektif dari operand dengan menggunakan informasi yang diadakan di register dan / atau konstanta yang terkandung dalam instruksi mesin atau di tempat lain.

Jenis-jenis metode pengalamatan diantaranya :

1. Immediate Addressing Mode

Gambar. 3. Immediate Addressing Mode

2. Register Addressing Mode

Gambar. 4. Register Addressing Mode

3. Direct Addressing Mode

Gambar. 5. Direct Addressing Mode

4. Indirect Addressing Mode

Gambar. 6. Indirect Addressing Mode

R0 atau R1 digunakan untuk menunjukkan Destination Address

MOV A,#30h   ; salin immediate data 30h ke Akumulator

MOV R0,#7Fh   ; salin immediate data 7Fh ke register R0

MOV @R0,A   ; salin the data in A ke alamat di R0

R0 atau R1 digunakan untuk menunjukkan Source Address

MOV R0,#7Fh   ; salin immediate data 7Fh ke register R0

MOV @R0,#30h  ; salin immediate data 30 ke alamat di R0

MOV A,@R0   ; salin isi dari alamat di R0 ke Akumulator

Referensi:
- Puspanda Hatta dan Agus Tri Haryanto. 2014. Sistem Komputer. Jakarta: Politeknik Negeri Media Kreatif.
- Diagram siklus Instruksi Komputer (Stallings, W.1990, hal. 293)
- http://eprints.binadarma.ac.id/883/1/ARSITEK%20KOMPUTER%205.pdf

- http://irfan-abet.blogspot.co.id/2015/01/arsitektur-set-instruksi.html