PENGERTIAN CPU

Sebuah unit pusat pengolahan (CPU), juga disebut sebagai unit prosesor sentral, adalah hardware dalam suatu sistem komputer atau smartphone yang melaksanakan instruksi dari sebuah program komputer dengan melakukan aritmatika dasar, logis, dan input / output operasi dari sistem. Istilah telah digunakan dalam industri komputer setidaknya sejak awal 1960-an. Bentuk, desain, dan implementasi dari CPU telah berubah selama sejarah mereka, tapi operasi fundamental mereka tetap sama.
Pada mesin besar, CPU memerlukan satu atau lebih papan sirkuit. Pada komputer pribadi dan workstation kecil, CPU ditempatkan dalam sebuah chip silikon tunggal yang disebut mikroprosesor. Sejak 1970-an kelas mikroprosesor CPU telah hampir sepenuhnya diambil alih semua implementasi CPU lainnya. CPU modern besar sirkuit terpadu skala dalam paket biasanya kurang dari empat sentimeter persegi, dengan ratusan menghubungkan pin.

Dua komponen khas dari CPU adalah logika aritmatika unit (ALU), yang melakukan operasi aritmatika dan logika, dan unit kontrol (CU), yang ekstrak instruksi dari memori dan decode dan mengeksekusi mereka, menyerukan ALU bila diperlukan.

Tidak semua sistem komputasi bergantung pada satu unit pengolah pusat. Sebuah prosesor array atau vektor prosesor memiliki beberapa elemen komputasi paralel, dengan tidak ada satu unit dianggap sebagai "pusat". Dalam model komputasi terdistribusi, masalah ini diselesaikan dengan satu set saling didistribusikan dari prosesor.

Adapun fungsi utama CPU adalah melakukan berbagai operasi, termasuk operasi aritmatika dan logika terhadap data yang datang dari memori atau informasi yang dimasukkan melalui perangkat keras, seperti papan ketik (Keyboard), 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 (RAM), yang mana setiap instruksi akan diberi alamat unik yang disebut alamat memori. Selanjutnya, CPU dapat mengakses data-data pada RAM 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 RAM. 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.

Referensi: www.wikipidia.co.id, http://karodalnet.blogspot.com/2011/04/fungsi-cpu.html

SET INSTRUKSI DAN PENGALAMATAN

Set instruksi (instruction set) adalah sekumpulan lengkap instruksi yang dapat di mengerti oleh sebuah CPU, set instruksi sering juga disebut sebagai bahasa mesin (machine code), karna aslinya juga berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly, untuk konsumsi manusia (programmer), biasanya digunakan representasi yang lebih mudah dimengerti oleh manusia.

            Sebuah instruksi terdiri dari sebuah opcode, biasanya bersama dengan beberapa informasi tambahan seperti darimana asal operand-operand dan kemana hasil-hasil akan ditempatkan. Subyek umum untuk menspesifikasikan di mana operand-operand berada (yaitu, alamat-alamatnya) disebut pengalamatan

Pada beberapa mesin, semua instruksi memiliki panjang yang sama, pada mesin-mesin yang lain mungkin terdapat banyak panjang berbeda. Instruksi-instruksi mungkin lebih pendek dari, memiliki panjang yang sama seperti, atau lebih panjang dari panjang word. Membuat semua instruksi memiliki panjang yang sama lebih muda dilakukan dan membuat pengkodean lebih mudah tetapi sering memboroskan ruang, karena semua instruksi dengan demikian harus sama panjang seperti instruksi yang paling panjang.

Di dalam sebuah instruksi terdapat beberapa elemen-elemen instruksi:

1. Operation code (op code)
2. Source operand reference
3. Result operand reference
4. Xext instruction preference

Format instruksi (biner):

Missal instruksi dengan 2 alamat operand : ADD A,B A dan B adalah suatu alamat register.

Beberapa simbolik instruksi:

ADD               : Add (jumlahkan)

SUB                : Subtract (Kurangkan)

MPY/MUL     : Multiply (Kalikan)

DIV                 : Divide (Bagi)

LOAD             : Load data dari register/memory

STOR              : Simpan data ke register/memory

MOVE             : pindahkan data dari satu tempat ke tempat lain

SHR                : shift kanan data

SHL                : shift kiri data .dan lain-lain

Cakupan jenis instruksi:

Data processing           : Aritmetik (ADD, SUB, dsb); Logic (AND, OR, NOT,     SHR, dsb);     konversidata

Data storage (memory)  : Transfer data (STOR, LOAD, MOVE, dsb)

Data movement              : Input dan Output ke modul I/O

Program flow control    : JUMP, HALT, dsb.

Bentuk instruksi:

-          Format instruksi 3 alamat

            Mempunyai bentuk umum seperti : [OPCODE][AH],[AO1],[AO2]. Terdiri dari satu alamt hasil, dan dua alamat operand, misal SUB Y,A,B Yang mempunyai arti dalam bentuk algoritmik : Y := A – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg a dengan isi reg B, kemudian simpan hasilnya di reg Y. bentuk bentuk pada format ini tidak umum digunakan di dalam computer, tetapi tidak dimungkinkan ada pengunaanya, dalam peongoprasianya banyak register sekaligus dan program lebih pendek.

Contoh:
A, B, C, D, E, T, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
SUB Y, A, B              Y := A – B
MPY T, D, E               T := D × E      
ADD T, T, C               T := T + C
DIV Y, Y, T               Y:= Y / T
Memerlukan 4 operasi

-          Format instruksi 2 alamat

      Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AH],[AO]. Terdiri dari satu alamat hasil merangkap operand, satu alamat operand, missal : SUB Y,B yang mempunyai arti dalam algoritmik : Y:= Y – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg Y dengan isi reg B, kemudian simpan hasillnya di reg Y. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer sekarang, untuk mengoprasikan lebih sedikit register, tapi panjang program tidak bertambah terlalu banyak.

Contoh :
A, B, C, D, E, T, Y adalah register
      Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
      MOVE Y, A               Y := A
      SUB Y, B                   Y := Y - B
      MOVE T, D                T := D
      MPY T, E                    T := T × E
      ADD T, C                   T := T + C
      DIV Y, T                    Y:= Y / T
Memerlukan 6 operasi

-          Format instruksi 1 alamat

      Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AO]. Terdiri dari satu alamat operand, hasil disimpan di accumulator, missal : SUB B yang mempunyai arti dalam algoritmik : AC:= AC – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi Acc dengan isi reg B, kemudian simpan hasillnya di reg Acc. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer jaman dahulu, untuk mengoprasikan di perlukan satu  register, tapi panjang program semakin bertambah.

Contoh :
A, B, C, D, E, Y adalah register
      Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
      LOAD D                     AC := D
      MPY E                        AC := AC × E
      ADD C                       AC := AC + C
      STOR Y                      Y := AC
      LOAD A                     AC := A
      SUB B                        AC := AC – B
      DIV Y                                     AC := AC / Y
      STOR Y                      Y := AC
Memerlukan 8 operasi

-          Format instruksi 0 alamat
        Mempunyai bentuk umum : [OPCODE]. Terdiri dari semua alamat operand implicit, disimpan dalam bentuk stack. Operasi yang biasanya membutuhkan 2 operand, akan mengambil isi stack paling atas dan dibawahnya missal : SUB yang mempunyai arti dalam algoritmik : S[top]:=S[top-1]-S[top]  dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi stack no2 dari atas dengan isi stack paling atas, kemudian simpan hasilnya di stack paling atas, untuk mengoprasikan ada beberapa instruksi khusus stack PUSH dan POP.

Contoh :
A, B, C, D, E, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
            PUSH A                      S[top] := A
            PUSH B                      S[top] := B
            SUB                            S[top] := A - B
            PUSH C                      S[top] := C
            PUSH D                      S[top] := D
            PUSH E                      S[top] := E
            MPY                           S[top] := D × E
            ADD                           S[top] := C + S[top]
            DIV                             S[top] := (A - B) /S[top]
            POP Y                         Out := S[top]
Memerlukan 10 operasi

Set instruksi pada CISC:

Berikut ini merupakan karakteristik set instruksi yang digunakan pada beberapa computer yang memiliki arsitektur CISC

Perbandingan set instruksi

Beberapa computer CISC (Complex Instruction Set Computer) menggunakan cara implist dalam menentukan mode addressing pada setiap set instruksinya. Penentuan mode addressing dengan cara implicit memiliki arti bahwa pada set instruksi tidak di ada bagian yang menyatakan tipe dari mode addressing yang digunakan, deklarasi dari mode addressing itu berada menyatu dengan opcode. Lain hal nya dengan cara imsplisit, cara eksplisit sengaja menyediakan tempat pada set instruksi untuk mendeklarasikan tipe mode addressing. Pada cara eksplisit deklarasi opcode dan mode addressing berada terpisah.

Data pada tempat deklarasi mode addressing diperoleh dari logaritma basis dua jumlah mode addressing. Jika deklarasi mode addressing dilakukan secara implicit akan menghemat tempat dalam set instruksi paling tidak satu bit untuk IBM 3090 dan 6 bit untuk MC68040. Perubahan satu bit pada set instruksi akan memberikan jangkauan alamat memori lebih luas mengingat range memori dinyatakan oleh bilangan berpangkat dua. 

          

Implementasi hardware

Setiap set instruksi yang berbeda membutuhkan perangkat hardware yang berbeda pula. Hal ini terjadi karena set instruksi yang berbeda menyimpan informasi yang berbeda sehingga dibutuuhkan hardware yang berbeda untuk mengubah set instruksi tersebut ke bentuk sinyal-sinyal control.

Untuk mendapatkan opcode berikutnya prosesor harus mengetahui letak dari opcode tersebut secara pasti pada memory. Karena tipe dari mode addressing sangat mempengaruhi posisi dari operand, maka secara tidak langsung mode addressing mempengaruhi letak opcode selanjutnya. Sehingga dapat disimpulkan kedua cara pendeklarasian mode addressing tersebut turut mempengaruhi arsitektur hardware dari computer.

Pengalamatan

Program biasanya ditulis dalam bahasa tingkat tinggi, yang memunkinkan program untuk menggunakan konstanta, variable local dan global, pointer, dan array. Pada saat mentranslasi program bahsa tingkat tinggi menjadi bahsa assembly, compiler harus mampu mengimplimentasi konstruksi ini menggunakan fasilitas yang disediakan dalam set instruksi computer dimana program akan dijalankan. cara yang berbeda dalam menentukan lokasi suatu operand ditetapkan dalam suatu instruksi yang disebut sebagai mode pengalamatan.

Implementasi variable dan konstanta

Variable dan konstanta adalah tipe data yang paling sederhana dan terdapat dalam hampir setiap program computer. Dalam bahasa assembley, suatu variable dinyatakan dengan mengalokasikan suatu register atau lokasi memori untuk menyimpan nilainya. Sehingga nilai tersebut dapat diubah seperlunya menggunakan instruksi sesuai.

Kita mengakses operand dengan menetapkan nama register atau alamat lokasi memori tempat operand berada. Definisi yang presisi dari dua mode tersebut adalah:

a)      Mode register operand adalah isi register prosesor, nama alamat register dinyatakan dalam instruksi tersebut.

b)       Mode absolute operand adalah lokasi memori, alamat lokasi dinyatakan secara eksplisit didalam instruksi tersebut. (pada bebrapa bahasa assembly, mode ini disebut direct).

c)      Mode immediate operand dinyatakan secara eksplisit dalam instruksi, misalnya, instruksi Move 200 immediete, RO.

Indirection dan pointer

Pada mode pengalamatan berikutnya, instruksi tidak menyatakana operand atau alamatnya secara eksplisit. Sebaliknya, instruksi menyediakan informasi dari nama alamat memori suatu operand dapat ditetapkan. Kita menyebut alamat ini sebagai effective address (EA) suatu operand.

Selain kesederhanaanya yang tampak jelas, pengalamatan indirect melalui memori telah terbukti memiliki keterbatasan pengunaan sebagai mode pengalamatan, dan jarang di gunakan dalam computer modern, pengalamatan indirect melalui register digunakan secara luas. Maka pengalamatan indirect melalui register memungkinkan untuk mengakses variable global dengan terlebih dahulu me-load alamat operand dalam suatu register.

Secara umum teknik addressing yang sering dilakukan adalah:
1. Immediate addressing
Operand (data yang akan dikomputasi) berada langsung pada set instruksi.

2.   Direct Addressing
Operand berada pada memori, set instruksi memegang alamat lokasi memori dimana operand tersebut berada.

3.   Indirect Addresing
Operand berada pada memori, untuk mendapatkan operand ini CPU harus melakukan penelusuran dua kali yaitu dari data alamat memori yang ada pada set instruksi serta alamat yang ditunjuk oleh alamat memori yang diperoleh dari set instruksi tadi.

4.   Register addressing
Operand berada pada register, cara kerjanya mirip dengan direct addressing hanya saja CPU mengakses alamat register bukan alamat memori.

5.   Register Indirect Addressing
Operand berada pada memori, untuk mendapatkan operand CPU harus mengakses register terlebih dahulu karena informasi lokasi operand berada pada register.

6.  Displacement
Operand berada pada memori, cara kerjanya merupakan gabungan dari teknik direct addressing dan register indirect addressing.

7.   Stack
     Operand berada pada stack, operand secara berkala dimasukan ke stack sehingga ketika 

operand dibutuhkan maka operand sudah berada pada “top of the stack”.

Teknik pengalamatan tersebut harus dapat memenuhi kebutuhan komputasi yang dilakukan oleh computer yang secara garis besar dapat dibagi kedalam tiga kategori yaitu:
-         Operasi load (memasukan data).
-         Operasi branch (percabangan).                                                                                                   
-         Operasi aritmatik dan logika.














Referensi : http://www.4shared.com/office/KVurIFSK/SET_INSTRUKSI_MODUS_PENGALAMAT.html