Penjelasan tentang CPU / Processor
pada malam yang cerah ini saya akan memposting seputar CPU atau biasa yang kita kenal sebagai Processor . Ok langsung saja ... kita simak dan dipelajari bareng bareng ya, karena saya juga belum paham hehehe . ok cekidot :)
1. CPU (Central Processing Unit).
CPU adalah singkatan dari Central Processing Unit merupakan perangkat keras komputer yang juga disebut sebagai Unit Pengolah Pusat (UPP) pada komputer.
Cara Kerja CPU
Saat data dan/atau instruksi dimasukkan ke processing-devices, pertama sekali diletakkan di RAM (melalui Input-storage), apabila berbentuk instruksi ditampung oleh Control Unit di Program-storage, namun apabila berbentuk data ditampung di Working-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 arithmatika dan logika, maka ALU akan mengambil alih operasi untuk mengerjakan berdasar instruksi yang ditetapkan. Hasilnya ditampung di Accumulator. Apabila hasil pengolahan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil hasil pengolahan di Accumulator untuk ditampung kembali ke Working-storage. Jika pengerjaan keseluruhan telah selesai, maka Control Unit akan menjemput hasil pengolahan dari Working-storage untuk ditampung ke Output-storage. Lalu selanjutnya dari Output-storage, hasil pengolahan akan ditampilkan ke output-devices.
CPU menganggap semua lokasi memori sebagai satu kesatuan walaupun di dalamnya terdapat instruksi program, data variabel, maupun kontrol input-output (I/O).Teknik semacam ini yang disebut dengan memory-mapped I/O. Artinya, semua piranti input-output dari sistem mikrokontroler memiliki alamat tersendiri yang ikut dipetakan dalam peta memori, sehingga dianggap sebagai bagian dari memori itu sendiri.
Di dalam CPU juga terdapat komponen ALU atau Arithmatic Logic Unit yang digunakan untuk melakukan kalkulasi aritmatika dan logika yang didefinisikan oleh instruksi.Berbagai macam variasi operasi aritmatika biner dikerjakan dalam ALU ini.Hampir semua operasi aritmatika biner didasarkan pada operasi tambah. Pengurangan dikerjakan sebagai proses tambah dengan salah satu data dikomplemenkan. Perkalian dikerjakan sebagai urutan beberapa proses tambah dan operasi shift dalam ALU. Blok diagram dari CPU M68HC05 ditampilkan dalam gambar 4.1 di bawah ini.
Fungsi CPU
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.Intinya ialah CPU ini berfungsi untuk menjalankan program-program yang disimpan di memori utama.
Register-register CPU
CPU yang berbeda memiliki set register yang berbeda pula. Perbedaan utama terletak pada jumlah dan ukuran dari register itu sendiri. Dalam gambar 4.1 diperlihatkan register-register CPU yang terdapat dalam mikrokontroler keluarga M68HC05.
Register A berukuran 8 bit, juga dikenal sebagai akumulator karena register ini digunakan untuk menyimpan hasil dari operasi aritmatika dan manipulasi data. Register ini juga dapat langsung diakses untuk operasi non-aritmatika. Akumulator digunakan dalam proses eksekusi dari program saat isi dari beberapa lokasi memori yang digunakan di-load ke akumulator. Demikian juga instruksi penyimpanan akan menyebabkan isi dari akumulator disimpan dalam memori yang telah ditentukan.
Register X adalah index register yang berukuran 8 bit. Kegunaan utama dari index register ini adalah untuk menunjukkan suatu area memori di mana CPU akan mengambil atau menuliskan suatu informasi. Kadang-kadang index register juga disebut dengan pointer register.
PC atau program counter digunakan CPU untuk menata urutan alamat instruksi yang akan dikerjakan. Saat CPU reset atau baru dihidupkan, PC ini dimuati dengan alamat yang telah ditentukan dalam reset vector. Lokasi reset vector ini berisi alamat dari instruksi pertama yang akan dikerjakan oleh CPU. Saat suatu instruksi dikerjakan, CPU akan menambah isi PC sehingga akan menunjuk ke alamat informasi berikutnya yang akan dibutuhkan CPU. Jumlah bit dari PC sama persis dengan jumlah jalur bus alamat. Isi dari register ini dinyatakan dalam empat digit heksadesimal di mana enam bit teratas selalu nol karena hanya 10 bit jalur bus alamat.
2. I/O (Input/Output).
Input/Output Unit merupakan bagian dari komputer untuk menerima data maupun mengeluarkan/menampilkan data setelah diproses oleh Processor.
Input (Masukan)
Input (Masukan) Adalah perangkat keras komputer yang berfungsi sebagai alat untuk memasukan data atau perintah ke dalam komputer yang berupa signal input atau maintenance input. Di dalam sistem komputer, signal input berupa data yang dimasukkan ke dalam sistem komputer, sedangkan maintenance input berupa program yang digunakan untuk mengolah data yang dimasukkan.
Jadi Fungsi dari Perangkat input ini adalah sebagai media untuk memasukkan data dari luar ke dalam suatu memori dan processor untuk diolah guna menghasilkan informasi yang diperlukan
Output (Keluaran)
Adalah perangkat keras komputer yang berfungsi untuk menampilkan keluaran sebagai hasil pengolahan data.Keluaran dapat berupa hard-copy (ke kertas), soft-copy (ke monitor), ataupun berupa suara.
Output yang dihasilkan dari pemroses dapat digolongkan menjadi empat bentuk, yaitu tulisan (huruf, angka, simbol khusus), image (dalam bentuk grafik atau gambar), suara, dan bentuk lain yang dapat dibaca oleh mesin (machine-readable form). Tiga golongan pertama adalah output yang dapat digunakan langsung oleh manusia, sedangkan golongan terakhir biasanya digunakan sebagai input untuk proses selanjutnya dari komputer.
3. System Interconnection.
Sistem Interkoneksi 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. Sampai saat ini terjadi perkembangan struktur interkoneksi, namun yang banyak digunakan saat ini adalah sistem bus. Sistem bus ada yang digunakan secara tunggal dan ada secara jamak, tergantung karakteristik sistemnya.
Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data antar komponen komputer sangatlah mendominasi kerja suatu komputer. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus, begitu juga kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan sistem bus.
4. Memory Utama (Main Memory).
Memori utama merupakan media penyimpanan dalam bentuk array yang disusun word atau byte, kapasitas daya simpannya bisa jutaan susunan.Setiap word atau byte mempunyai alamat tersendiri. Data yang disimpan pada memori utama ini bersifat volatile, artinya data yang disimpan bersifat sementara dan dipertahankan oleh sumber-sumber listrik, apabila sumber listrik dimatikan maka datanya akan hilang.Memori utama digunakan sebagai media penyimpanan data yang berkaitan dengan CPU atau perangkat I/O. Main memory bersifat volatile dan tidak dapat berfungsi tanpa pasokan listrik.
Memori dapat dibayangkan sebagai suatu ruang kerja bagi komputer dan memori juga menentukan terhadap ukuran dan jumlah program yang bias juga jumlah data yang bias diproses. Memori terkadang disebut sebagai primary storage, primary memory, main storage, main memory, internal memory. Ada beberapa macam tipe dari memori komputer, yaitu :
1. Random Access Memory ( RAM )
2. Read Only Memory ( ROM )
3. CMOS Memory
4. Virtual Memory
Memori berfungsi menyimpan sistim aplikasi, sistem pengendalian, dan data yang sedang beroperasi atau diolah. Semakin besar kapasitas memori akan meningkatkan kemapuan komputer tersebut. Memori diukur dengan KB atau MB. Random Access Memory (RAM), merupakan bagian memory yang bisa digunakan oleh para pemakai untuk menyimpan program dan data. Kebanyakan dari RAM disebut sebagai barang yang volatile. Artinya adalah jika daya listrik dicabut dari komputer dan komputer tersebut mati, maka semua konten yang ada di dalam RAM akan segera hilang secara permanen.
Karena RAM bersifat temporer dan volatile, maka orang menciptakan suatu media penyimpanan lain yang sifatnya permanen. Ini biasanya disebut sebagai secondary storage.Secondary storage bersifat tahan lama dan juga tidak volatile, ini berarti semua data atau program yang tersimpan di dalamnya bisa tetap ada walaupun daya atau listrik dimatikan.Beberapa contoh dari secondary storage ini misalnya adalah magnetic tape, hardisk, magnetic disk dan juga optical disk.
Sistem Output Komputer
Piranti output digunakan untuk berkomunikasi informasi maupun aksi dari sistem komputer dengan dunia luar. Dalam sistem komputer pribadi (PC), piranti output yang umum adalah monitor CRT. Sedangkan sistem mikrokontroler mempunyai output yang jauh lebih sederhana seperti lampu indikator atau beeper. Frasa kontroler dari kata mikrokontroler memberikan penegasan bahwa alat ini mengontrol sesuatu.
Mikrokontroler atau komputer mengolah sinyal secara digital, sehingga untuk dapat memberikan output analog diperlukan proses konversi dari sinyal digital menjadi analog. Piranti yang dapat melakukan konversi ini disebut dengan DAC (Digital to Analog Converter).
Clock dan Memori Komputer
Sistem komputer menggunakan osilator clock untuk memicu CPU mengerjakan satu instruksi ke instruksi berikutnya dalam alur yang berurutan.Setiap langkah kecil dari operasi mikrokontroler memakan waktu satu atau beberapa clock untuk melakukannya.
Ada beberapa macam tipe dari memori komputer yang digunakan untuk beberapa tujuan yang berbeda dalam sistem komputer.Tipe dasar yang sering ditemui dalam mikrokontroler adalah ROM (Read Only Memory) dan RAM (Random Access Memory).ROM digunakan sebagai media penyimpan program dandata permanen yang tidak boleh berubah meskipun tidak ada tegangan yang diberikan pada mikrokontroler. RAM digunakan sebagai tempat penyimpan data sementara dan hasil kalkulasi selama proses operasi. Beberapa mikrokontroler mengikutsertakan tipe lain dari memori seperti EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory).
Program Komputer
Program digambarkan sebagai awan karena sebenarnya program adalah hasil imajinasi seorang programmer. Komponen utama dari program adalah instruksi-instruksi dari instruksi set CPU. Program disimpan dalam memori dalam sistem komputer di mana mereka dapat secara berurutan dikerjakan oleh CPU.
Sistem Mikrokontroler
Setelah dipaparkan bagian-bagian dari suatu sistem komputer, sekarang akan dibahas mengenai mikrokontroler. Digambarkan sistem komputer dengan bagian yang dikelilingi oleh garis putus-putus.Bagian inilah yang menyusun mikrokontroler. Bagian yang dilingkupi kotak bagian bawah adalah gambar lebih detail dari susunan bagian yang dilingkupi garis putus-putus. Kristal tidak termasuk dalam sistem mikrokontroler tetapi diperlukan dalam sirkuit osilator clock.
Suatu mikrokontroler dapat didefinisikan sebagai sistem komputer yang lengkap termasuk sebuah CPU, memori, osilator clock, dan I/O dalam satu rangkaian terpadu. Jika sebagian elemen dihilangkan, yaitu I/O dan memori, maka chip ini akan disebut sebagai mikroprosesor.
1. CPU (Central Processing Unit).
CPU adalah singkatan dari Central Processing Unit merupakan perangkat keras komputer yang juga disebut sebagai Unit Pengolah Pusat (UPP) pada komputer.
Cara Kerja CPU
Saat data dan/atau instruksi dimasukkan ke processing-devices, pertama sekali diletakkan di RAM (melalui Input-storage), apabila berbentuk instruksi ditampung oleh Control Unit di Program-storage, namun apabila berbentuk data ditampung di Working-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 arithmatika dan logika, maka ALU akan mengambil alih operasi untuk mengerjakan berdasar instruksi yang ditetapkan. Hasilnya ditampung di Accumulator. Apabila hasil pengolahan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil hasil pengolahan di Accumulator untuk ditampung kembali ke Working-storage. Jika pengerjaan keseluruhan telah selesai, maka Control Unit akan menjemput hasil pengolahan dari Working-storage untuk ditampung ke Output-storage. Lalu selanjutnya dari Output-storage, hasil pengolahan akan ditampilkan ke output-devices.
CPU menganggap semua lokasi memori sebagai satu kesatuan walaupun di dalamnya terdapat instruksi program, data variabel, maupun kontrol input-output (I/O).Teknik semacam ini yang disebut dengan memory-mapped I/O. Artinya, semua piranti input-output dari sistem mikrokontroler memiliki alamat tersendiri yang ikut dipetakan dalam peta memori, sehingga dianggap sebagai bagian dari memori itu sendiri.
Di dalam CPU juga terdapat komponen ALU atau Arithmatic Logic Unit yang digunakan untuk melakukan kalkulasi aritmatika dan logika yang didefinisikan oleh instruksi.Berbagai macam variasi operasi aritmatika biner dikerjakan dalam ALU ini.Hampir semua operasi aritmatika biner didasarkan pada operasi tambah. Pengurangan dikerjakan sebagai proses tambah dengan salah satu data dikomplemenkan. Perkalian dikerjakan sebagai urutan beberapa proses tambah dan operasi shift dalam ALU. Blok diagram dari CPU M68HC05 ditampilkan dalam gambar 4.1 di bawah ini.
Fungsi CPU
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.Intinya ialah CPU ini berfungsi untuk menjalankan program-program yang disimpan di memori utama.
Register-register CPU
CPU yang berbeda memiliki set register yang berbeda pula. Perbedaan utama terletak pada jumlah dan ukuran dari register itu sendiri. Dalam gambar 4.1 diperlihatkan register-register CPU yang terdapat dalam mikrokontroler keluarga M68HC05.
Register A berukuran 8 bit, juga dikenal sebagai akumulator karena register ini digunakan untuk menyimpan hasil dari operasi aritmatika dan manipulasi data. Register ini juga dapat langsung diakses untuk operasi non-aritmatika. Akumulator digunakan dalam proses eksekusi dari program saat isi dari beberapa lokasi memori yang digunakan di-load ke akumulator. Demikian juga instruksi penyimpanan akan menyebabkan isi dari akumulator disimpan dalam memori yang telah ditentukan.
Register X adalah index register yang berukuran 8 bit. Kegunaan utama dari index register ini adalah untuk menunjukkan suatu area memori di mana CPU akan mengambil atau menuliskan suatu informasi. Kadang-kadang index register juga disebut dengan pointer register.
PC atau program counter digunakan CPU untuk menata urutan alamat instruksi yang akan dikerjakan. Saat CPU reset atau baru dihidupkan, PC ini dimuati dengan alamat yang telah ditentukan dalam reset vector. Lokasi reset vector ini berisi alamat dari instruksi pertama yang akan dikerjakan oleh CPU. Saat suatu instruksi dikerjakan, CPU akan menambah isi PC sehingga akan menunjuk ke alamat informasi berikutnya yang akan dibutuhkan CPU. Jumlah bit dari PC sama persis dengan jumlah jalur bus alamat. Isi dari register ini dinyatakan dalam empat digit heksadesimal di mana enam bit teratas selalu nol karena hanya 10 bit jalur bus alamat.
2. I/O (Input/Output).
Input/Output Unit merupakan bagian dari komputer untuk menerima data maupun mengeluarkan/menampilkan data setelah diproses oleh Processor.
Input (Masukan)
Input (Masukan) Adalah perangkat keras komputer yang berfungsi sebagai alat untuk memasukan data atau perintah ke dalam komputer yang berupa signal input atau maintenance input. Di dalam sistem komputer, signal input berupa data yang dimasukkan ke dalam sistem komputer, sedangkan maintenance input berupa program yang digunakan untuk mengolah data yang dimasukkan.
Jadi Fungsi dari Perangkat input ini adalah sebagai media untuk memasukkan data dari luar ke dalam suatu memori dan processor untuk diolah guna menghasilkan informasi yang diperlukan
Output (Keluaran)
Adalah perangkat keras komputer yang berfungsi untuk menampilkan keluaran sebagai hasil pengolahan data.Keluaran dapat berupa hard-copy (ke kertas), soft-copy (ke monitor), ataupun berupa suara.
Output yang dihasilkan dari pemroses dapat digolongkan menjadi empat bentuk, yaitu tulisan (huruf, angka, simbol khusus), image (dalam bentuk grafik atau gambar), suara, dan bentuk lain yang dapat dibaca oleh mesin (machine-readable form). Tiga golongan pertama adalah output yang dapat digunakan langsung oleh manusia, sedangkan golongan terakhir biasanya digunakan sebagai input untuk proses selanjutnya dari komputer.
3. System Interconnection.
Sistem Interkoneksi 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. Sampai saat ini terjadi perkembangan struktur interkoneksi, namun yang banyak digunakan saat ini adalah sistem bus. Sistem bus ada yang digunakan secara tunggal dan ada secara jamak, tergantung karakteristik sistemnya.
Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data antar komponen komputer sangatlah mendominasi kerja suatu komputer. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus, begitu juga kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan sistem bus.
4. Memory Utama (Main Memory).
Memori utama merupakan media penyimpanan dalam bentuk array yang disusun word atau byte, kapasitas daya simpannya bisa jutaan susunan.Setiap word atau byte mempunyai alamat tersendiri. Data yang disimpan pada memori utama ini bersifat volatile, artinya data yang disimpan bersifat sementara dan dipertahankan oleh sumber-sumber listrik, apabila sumber listrik dimatikan maka datanya akan hilang.Memori utama digunakan sebagai media penyimpanan data yang berkaitan dengan CPU atau perangkat I/O. Main memory bersifat volatile dan tidak dapat berfungsi tanpa pasokan listrik.
Memori dapat dibayangkan sebagai suatu ruang kerja bagi komputer dan memori juga menentukan terhadap ukuran dan jumlah program yang bias juga jumlah data yang bias diproses. Memori terkadang disebut sebagai primary storage, primary memory, main storage, main memory, internal memory. Ada beberapa macam tipe dari memori komputer, yaitu :
1. Random Access Memory ( RAM )
2. Read Only Memory ( ROM )
3. CMOS Memory
4. Virtual Memory
Memori berfungsi menyimpan sistim aplikasi, sistem pengendalian, dan data yang sedang beroperasi atau diolah. Semakin besar kapasitas memori akan meningkatkan kemapuan komputer tersebut. Memori diukur dengan KB atau MB. Random Access Memory (RAM), merupakan bagian memory yang bisa digunakan oleh para pemakai untuk menyimpan program dan data. Kebanyakan dari RAM disebut sebagai barang yang volatile. Artinya adalah jika daya listrik dicabut dari komputer dan komputer tersebut mati, maka semua konten yang ada di dalam RAM akan segera hilang secara permanen.
Karena RAM bersifat temporer dan volatile, maka orang menciptakan suatu media penyimpanan lain yang sifatnya permanen. Ini biasanya disebut sebagai secondary storage.Secondary storage bersifat tahan lama dan juga tidak volatile, ini berarti semua data atau program yang tersimpan di dalamnya bisa tetap ada walaupun daya atau listrik dimatikan.Beberapa contoh dari secondary storage ini misalnya adalah magnetic tape, hardisk, magnetic disk dan juga optical disk.
Sistem Output Komputer
Piranti output digunakan untuk berkomunikasi informasi maupun aksi dari sistem komputer dengan dunia luar. Dalam sistem komputer pribadi (PC), piranti output yang umum adalah monitor CRT. Sedangkan sistem mikrokontroler mempunyai output yang jauh lebih sederhana seperti lampu indikator atau beeper. Frasa kontroler dari kata mikrokontroler memberikan penegasan bahwa alat ini mengontrol sesuatu.
Mikrokontroler atau komputer mengolah sinyal secara digital, sehingga untuk dapat memberikan output analog diperlukan proses konversi dari sinyal digital menjadi analog. Piranti yang dapat melakukan konversi ini disebut dengan DAC (Digital to Analog Converter).
Clock dan Memori Komputer
Sistem komputer menggunakan osilator clock untuk memicu CPU mengerjakan satu instruksi ke instruksi berikutnya dalam alur yang berurutan.Setiap langkah kecil dari operasi mikrokontroler memakan waktu satu atau beberapa clock untuk melakukannya.
Ada beberapa macam tipe dari memori komputer yang digunakan untuk beberapa tujuan yang berbeda dalam sistem komputer.Tipe dasar yang sering ditemui dalam mikrokontroler adalah ROM (Read Only Memory) dan RAM (Random Access Memory).ROM digunakan sebagai media penyimpan program dandata permanen yang tidak boleh berubah meskipun tidak ada tegangan yang diberikan pada mikrokontroler. RAM digunakan sebagai tempat penyimpan data sementara dan hasil kalkulasi selama proses operasi. Beberapa mikrokontroler mengikutsertakan tipe lain dari memori seperti EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory).
Program Komputer
Program digambarkan sebagai awan karena sebenarnya program adalah hasil imajinasi seorang programmer. Komponen utama dari program adalah instruksi-instruksi dari instruksi set CPU. Program disimpan dalam memori dalam sistem komputer di mana mereka dapat secara berurutan dikerjakan oleh CPU.
Sistem Mikrokontroler
Setelah dipaparkan bagian-bagian dari suatu sistem komputer, sekarang akan dibahas mengenai mikrokontroler. Digambarkan sistem komputer dengan bagian yang dikelilingi oleh garis putus-putus.Bagian inilah yang menyusun mikrokontroler. Bagian yang dilingkupi kotak bagian bawah adalah gambar lebih detail dari susunan bagian yang dilingkupi garis putus-putus. Kristal tidak termasuk dalam sistem mikrokontroler tetapi diperlukan dalam sirkuit osilator clock.
Suatu mikrokontroler dapat didefinisikan sebagai sistem komputer yang lengkap termasuk sebuah CPU, memori, osilator clock, dan I/O dalam satu rangkaian terpadu. Jika sebagian elemen dihilangkan, yaitu I/O dan memori, maka chip ini akan disebut sebagai mikroprosesor.
