Pertemuan Ketiga MataKuliah Organisasi dan Arsitektur Komputer membahas mengenai CPU, maka dalam blog ini akan membahas Struktur dan Fungsi CPU, Register, ALU, dan Control Unit, Serta Jenis Arsitektur CPU (seperti RISC vs CISC).
1. Struktur dan Fungsi CPU (Central Processing Unit)
CPU adalah unit pusat yang bertanggung jawab untuk menjalankan semua instruksi dalam sebuah program. Dalam menjalankan tugasnya, CPU berinteraksi dengan berbagai komponen lain, seperti memori utama (RAM) dan perangkat input/output. Tugas utama CPU meliputi pengolahan data dan pengambilan instruksi, eksekusi, serta penyimpanan hasil yang diberikan kepadanya.
Struktur dasar CPU terdiri dari tiga komponen utama yaitu:
1. ALU (Arithmetic Logic Unit): Bertugas melakukan semua operasi aritmatika (seperti penjumlahan dan pengurangan) serta operasi logika (seperti AND, OR, NOT). ALU juga melakukan perbandingan dua data (misalnya, apakah nilai satu lebih besar dari nilai lainnya).
2. Unit Kontrol (Control Unit): Bertugas untuk mengatur jalannya instruksi dalam CPU. Unit kontrol membaca instruksi dari memori, menganalisisnya, dan kemudian memberi perintah kepada komponen CPU lainnya (seperti ALU, register, atau memori) untuk menjalankan instruksi tersebut. Fungsinya mirip dengan “pengendali lalu lintas” bagi CPU. Mengontrol operasi CPU dan secara keselurahan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi – fungsi operasinya.
3. Register: Register adalah memori kecil berkecepatan sangat tinggi yang berada di dalam CPU dan digunakan untuk menyimpan data atau instruksi sementara. Register menyimpan data yang sedang diolah oleh ALU, hasil operasi, atau alamat dari instruksi yang sedang diproses. Register memungkinkan akses yang jauh lebih cepat dibandingkan RAM, karena lokasinya yang berada di dalam CPU.
4. 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.
Fungsi CPU :
Menjalankan program-program yang disimpan dalam memory uta,a dengan cara mengambil instruksi-instruksi
Menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah
Proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah yaitu (Operasi pembacaan instruksi/Fetch, dan Operasi pelaksanaan instruksi/Execute).
2. Register dan Fungsinya
Register adalah komponen penting dalam CPU yang berfungsi sebagai memori cepat untuk menyimpan data sementara yang sedang diproses oleh CPU. Fungsi utama register adalah untuk meminimalkan waktu akses ke memori dengan menyediakan tempat penyimpanan sementara untuk data dan instruksi yang sedang diproses oleh CPU.
Beberapa jenis register memiliki fungsi khusus, antara lain:
- Program Counter (PC) : Menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi oleh CPU.
- Instruction Register (IR) : Menyimpan instruksi yang sedang dieksekusi.
- Accumulator (ACC) : Register yang digunakan untuk menyimpan hasil operasi aritmatika dan logika yang dilakukan oleh ALU.
- Memory Address Register (MAR) : Menyimpan alamat data di memori yang akan diakses atau disimpan oleh CPU.
- Memory Data Register (MDR) : Menyimpan data yang diambil dari atau akan disimpan ke dalam memori.
3. ALU (Arithmetic Logic Unit)
ALU adalah bagian CPU yang bertugas melakukan operasi perhitungan dan logika. ALU mendapatkan data dari register dan memberikan hasilnya kembali ke register atau memori. Setiap operasi pada CPU yang melibatkan perhitungan atau keputusan logika dilakukan oleh ALU.
Fungsi utama ALU adalah sebagai berikut:
Operasi Aritmatika : ALU melakukan operasi matematika dasar seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian.
- Operasi Logika : ALU juga melakukan operasi logika seperti AND, OR, NOT, dan XOR yang digunakan untuk membuat keputusan dalam program.
- Operasi Perbandingan : ALU membandingkan dua nilai (misalnya, apakah satu nilai lebih besar, lebih kecil, atau sama dengan yang lain), yang berguna dalam pengambilan keputusan seperti cabang program atau loop.
Operasi Penggeseran (Shift Operations : ALU juga bisa melakukan penggeseran bit, yang memindahkan posisi bit dalam sebuah data untuk mempercepat operasi matematika seperti perkalian atau pembagian.
4. Unit Kontrol (Control Unit)
Unit Kontrol berfungsi sebagai pengatur lalu lintas dalam CPU, mengelola jalannya instruksi dan komunikasi antara berbagai komponen CPU. Unit kontrol sangat penting dalam mengkoordinasikan semua aktivitas CPU agar dapat berjalan secara efisien dan sinkron.
Tugas utama unit kontrol adalah:
- Mengambil Instruksi (Fetch) : Unit kontrol mengambil instruksi dari memori (RAM) berdasarkan alamat yang disimpan di Program Counter (PC).
- Mendekode Instruksi (Decode) : Setelah instruksi diambil, unit kontrol akan mendekode instruksi untuk menentukan tindakan apa yang perlu dilakukan.
- Menjalankan Instruksi (Execute) : Unit kontrol kemudian mengirim sinyal ke bagian CPU lain (seperti ALU atau register) untuk mengeksekusi instruksi.
- Mengatur Aliran Data : Unit kontrol mengatur kapan dan bagaimana data berpindah antara register, ALU, dan memori.
5. Arsitektur CPU: RISC vs CISC
CPU umumnya didasarkan pada salah satu dari dua arsitektur utama: RISC (Reduced Instruction Set Computer) dan CISC (Complex Instruction Set Computer). Masing-masing memiliki karakteristik yang berbeda dalam hal jumlah dan kompleksitas instruksi yang dapat dijalankan.
a. RISC (Reduced Instruction Set Computer)
- Instruksi yang Sederhana : CPU dengan arsitektur RISC memiliki instruksi yang sederhana dan singkat. Setiap instruksi biasanya dieksekusi dalam satu siklus clock, sehingga eksekusi lebih cepat.
- RISC merupakan bagian dari arsitektur mikroprosessor, berbentuk kecil dan berfungsi untuk mengeset instruksi dalam komunikasi diantara arsitektur yang lainnya.
- One Cycle execution time : satu putaran eksekusi
- Eksekusi Instruksi Lebih Cepat: Karena instruksinya sederhana, CPU dengan arsitektur RISC bisa mengeksekusi instruksi dalam waktu yang lebih singkat.
- Pipeline yang Efisien : Arsitektur RISC sangat mendukung penggunaan pipeline, sebuah teknik yang memungkinkan beberapa instruksi dieksekusi secara paralel, yang mempercepat pemrosesan.
- Contoh Prosesor RISC : ARM (digunakan di smartphone), MIPS.
b. CISC (Complex Instruction Set Computer)
- Instruksi yang Lebih Kompleks : CPU dengan arsitektur CISC memiliki instruksi yang lebih kompleks. Setiap instruksi dapat melakukan beberapa operasi sekaligus (misalnya, mengambil data dari memori, melakukan perhitungan, dan menyimpan hasilnya kembali ke memori).
- CISC untuk meminimumkan jumlah perintah yang diperlukan untuk mengerjakan pekerjaan yang diberikan (jumlah perintah sedikit tapi rumit).
- Eksekusi Instruksi Lebih Lambat : Karena instruksinya lebih kompleks, satu instruksi pada CPU CISC dapat memakan beberapa siklus clock untuk dieksekusi.
- Perlu Memori Lebih Sedikit : Instruksi yang lebih kompleks pada CISC berarti bahwa lebih sedikit instruksi yang diperlukan untuk menjalankan sebuah program, sehingga memori yang dibutuhkan cenderung lebih sedikit dibandingkan RISC.
- Contoh Prosesor CISC : Intel x86 (digunakan di PC), AMD.
REFERENSI
Kadir, Abdul. Organisasi dan Arsitektur Komputer. Yogyakarta: Andi Offset, 2017.
Arifin, Zainal. Sistem Digital: Elektronika Digital dan Komputer. Bandung: Informatika, 2018.
Stallings, William. Pengantar Organisasi Komputer dan Arsitektur (Edisi Terjemahan). Jakarta: Erlangga, 2016.
Setiawan, D. & Ramadhan, A. "Analisis Perbandingan Arsitektur RISC dan CISC dalam Desain Sistem Komputer". Jurnal Teknologi Informasi dan Komputer, Vol. 12, No. 3, 2021, pp. 45-53.
Pratama, B., & Suryani, R. "Optimasi Kinerja CPU dengan Memahami Struktur ALU dan Register". Jurnal Elektronika dan Informatika, Vol. 10, No. 2, 2020, pp. 78-89.
Wibisono, A. "Pengaruh Struktur CPU terhadap Kinerja Komputer pada Perangkat Berbasis Mobile dan Desktop". Jurnal Sistem Komputer dan Informatika, Vol. 14, No. 1, 2022, pp. 101-110.
Nama : Tri Septiani
NPM : 2315061036
Kelas : PSTI D
Pertemuan : Ketiga (12 September 2024)
0 Komentar