Unit Pemroses Sentral
Unit Pemroses Sentral (UPS) (bahasa Inggris: Central
Processing Unit; CPU), merujuk kepada perangkat keras komputer yang memahami
dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak. Istilah lain,
pemroses/prosesor (processor), sering digunakan untuk menyebut CPU. Adapun
mikroprosesor adalah CPU yang diproduksi dalam sirkuit terpadu, seringkali
dalam sebuah paket sirkuit terpadu-tunggal. Sejak pertengahan tahun 1970-an,
mikroprosesor sirkuit terpadu-tunggal ini telah umum digunakan dan menjadi
aspek penting dalam penerapan CPU.
Komponen CPU
Komponen CPU terbagi menjadi beberapa macam, yaitu sebagai
berikut.
a.
Unit
kontrol yang mampu mengatur jalannya program. Komponen ini sudah pasti
terdapat dalam semua CPU. CPU bertugas mengontrol komputer sehingga terjadi
sinkronisasi kerja antarkomponen dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya.
termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil intruksi-intruksi
dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut. Bila ada instruksi
untuk perhitungan aritmatika atau perbandingan logika, maka unit kendali akan
mengirim instruksi tersebut ke ALU. Hasil dari pengolahan data dibawa oleh unit
kendali ke memori utama lagi untuk disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke
alat output. Dengan demikian tugas dari unit kendali ini adalah:
a.
Mengatur dan mengendalikan alat-alat masukan
(input) dan keluaran (output).
b.
Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.
c.
Mengambil data dari memori utama (jika
diperlukan) untuk diproses.
d.
Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan
aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja dari ALU.
e.
Menyimpan hasil proses ke memori utama.
b.
Register
merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses cukup tinggi,
yang digunakan untuk menyimpan data dan/atau instruksi yang sedang diproses.
Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat di
olah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. Secara analogi, register ini
dapat diibaratkan sebagai ingatan di otak bila kita melakukan pengolahan data
secara manual, sehingga otak dapat diibaratkan sebagai CPU, yang berisi
ingatan-ingatan, satuan kendali yang mengatur seluruh kegiatan tubuh dan
mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika.
c.
ALU
unit yang bertugas untuk melakukan operasi aritmetika dan operasi logika
berdasar instruksi yang ditentukan. ALU sering di sebut mesin bahasa karena
bagian ini ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika
boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri. Tugas utama
dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika yang terjadi sesuai
dengan instruksi program. ALU melakukan semua operasi aritmatika dengan dasar
penjumlahan sehingga sirkuit elektronik yang digunakan disebut adder.
Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari suatu
operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika meliputi
perbandingan dua operand dengan menggunakan operator logika tertentu, yaitu
sama dengan (=), tidak sama dengan (¹ ), kurang dari (<), kurang atau sama
dengan (£ ), lebih besar dari (>), dan lebih besar atau sama dengan (³ ).
d.
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.
Cara Kerja CPU
Saat data dan/atau instruksi
dimasukkan ke processing-devices, pertama sekali diletakkan di MAA (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 Akumulator. 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.
Fungsi CPU
CPU berfungsi seperti kalkulator,
hanya saja CPU jauh lebih kuat daya pemrosesannya. Fungsi utama dari CPU adalah
melakukan operasi aritmatika dan logika terhadap data yang diambil dari memori
atau dari informasi yang dimasukkan melalui beberapa perangkat keras, seperti papan
tombol, 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 (MAA), yang mana setiap
instruksi akan diberi alamat unik yang disebut alamat memori. Selanjutnya, CPU
dapat mengakses data-data pada MAA 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 MAA. 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.
Percabangan instruksi
Pemrosesan instruksi dalam CPU
dibagi atas dua tahap, Tahap-I disebut Instruction Fetch, sedangkan Tahap-II
disebut Instruction Execute. Tahap-I berisikan pemrosesan CPU dimana Control
Unit mengambil data dan/atau instruksi dari main-memory ke register, sedangkan
Tahap-II berisikan pemrosesan CPU dimana Control Unit menghantarkan data
dan/atau instruksi dari register ke main-memory untuk ditampung di MAA, setelah
Instruction Fetch dilakukan. Waktu pada tahap-I ditambah dengan waktu pada tahap-II
disebut waktu siklus mesin (machine cycles time).
Penghitung program dalam CPU
umumnya bergerak secara berurutan. Walaupun demikian, beberapa instruksi dalam
CPU, yang disebut dengan instruksi lompatan, mengizinkan CPU mengakses
instruksi yang terletak bukan pada urutannya. Hal ini disebut juga percabangan
instruksi (branching instruction). Cabang-cabang instruksi tersebut dapat
berupa cabang yang bersifat kondisional (memiliki syarat tertentu) atau
non-kondisional. Sebuah cabang yang bersifat non-kondisional selalu berpindah
ke sebuah instruksi baru yang berada di luar aliran instruksi, sementara sebuah
cabang yang bersifat kondisional akan menguji terlebih dahulu hasil dari
operasi sebelumnya untuk melihat apakah cabang instruksi tersebut akan dieksekusi
atau tidak. Data yang diuji untuk percabangan instruksi disimpan pada lokasi
yang disebut dengan flag.
Bilangan yang dapat
ditangani
Kebanyakan CPU dapat menangani dua
jenis bilangan, yaitu fixed-point dan floating-point. Bilangan fixed-point
memiliki nilai digit spesifik pada salah satu titik desimalnya. Hal ini memang
membatasi jangkauan nilai yang mungkin untuk angka-angka tersebut, tetapi hal
ini justru dapat dihitung oleh CPU secara lebih cepat. Sementara itu, bilangan
floating-point merupakan bilangan yang diekspresikan dalam notasi ilmiah, di
mana sebuah angka direpresentasikan sebagai angka desimal yang dikalikan dengan
pangkat 10 (seperti 3,14 x 1057). Notasi ilmiah seperti ini merupakan cara yang
singkat untuk mengekspresikan bilangan yang sangat besar atau bilangan yang
sangat kecil, dan juga mengizinkan jangkauan nilai yang sangat jauh sebelum dan
sesudah titik desimalnya. Bilangan ini umumnya digunakan dalam
merepresentasikan grafik dan kerja ilmiah, tetapi proses aritmatika terhadap
bilangan floating-point jauh lebih rumit dan dapat diselesaikan dalam waktu
yang lebih lama oleh CPU karena mungkin dapat menggunakan beberapa siklus detak
CPU. Beberapa komputer menggunakan sebuah prosesor sendiri untuk menghitung bilangan
floating-point yang disebut dengan FPU (disebut juga math co-processor) yang
dapat bekerja secara paralel dengan CPU untuk mempercepat penghitungan bilangan
floating-point. FPU saat ini menjadi standar dalam banyak komputer karena
kebanyakan aplikasi saat ini banyak beroperasi menggunakan bilangan
floating-point.
Referensi :
https://id.wikipedia.org/wiki/Unit_Pemroses_Sentral
