STRUKTUR CPU Organisasi dan Arsitektur Komputer Tujuan

STRUKTUR CPU Organisasi dan Arsitektur Komputer

Tujuan Ø Menjelaskan tentang komponen utama CPU dan Fungsi CPU Ø Membahas struktur dan fungsi internal prosesor, organisasi ALU, control unit dan register Ø Menjelaskan fungsi prosesor dalam menjalankan instruksi mesin

Central Processing Unit Ø Komponen Terpenting dari Sistem Komputer Ø Komponen Pengolah data berdasarkan instruksi yang diberikan kepadanya Ø Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen

Komponen Utama CPU Ø Arithmetic and Logic Unit (ALU) Bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer. Ø Control Unit Bertugas mengontrol operasi keseluruhan CPU. Ø Register Bertugas sebagai media penyimpanan CPU yang digunakan saat proses pengolahan data. Ø CPU Interconnections (Bus) Bertugas sebagai Sistem Koneksi antar Komponen.

Komponen Internal CPU

Struktur Detail Internal CPU

Fungsi CPU Ø Menjalankan Program – Program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi-instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu per satu sesuai alur perintah. Ø Proses Eksekusi Program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu : Ø Operasi Pembaca Instruksi (Fetch) Ø Operasi Pelaksana Instruksi (execute)

Siklus Instruksi Ø Terdiri dari siklus Fetch dan Siklus Execute :

Siklus Fetch - Eksekusi Ø Pada setiap siklus intrupsi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori Ø Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, disebut Program Counter (PC) Ø PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi Ø Instruksi – instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register insruksi (IR) Ø Instruksi– nstruksi ini dalam bentuk kode–kode biner yang dapat diinterpresentasikan oleh CPU kemudian mengeksekusinya

Aksi CPU Ø CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke Memori atau Sebaliknya. Ø CPU – I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O atau sebaliknya. Ø Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data Ø Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya, Instruksi pengubahan urusan eksekusi.

Siklus Eksekusi v Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat instruksi sebelumnya v Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU v Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan v Operand Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori v Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari memori atau dari modul 1/0 v Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi v Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori

Diagram Siklus Instruksi

Aksi CPU Ø CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke Memori atau Sebaliknya. Ø CPU – I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O atau sebaliknya. Ø Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data Ø Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya, Instruksi pengubahan urusan eksekusi.

Instrupsi CPU FUNGSI INSTRUPSI Ø Mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU kepada rountine interupsi Ø Hampir semua komponen (memori dan I/O) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU. TUJUAN INSTRUPSI Ø Secara umum, untuk mengatur pengeksekusian routine instruksi agar efeksif dan efisien antara CPU, Modul I/O, dan Memori Ø Setiap komponen dapat menjalankan tugasnya bersamaan tetapi tetap dikendalikan oleh CPU untuk sinkronisasi kerja.

Kelas Sinyal Instrupsi Ø Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, oparasi ilegal Ø Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler Ø I/0, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/0 sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi Ø Hardware Failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori

Mekanisme Instrupsi Ø Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor Ø Prosesor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menghandel routine interupsi Ø Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali Ø Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima/ditangguhkan dan interupsi ditolak

Instrupsi Ditangguhkan Apa yang dilakukan Processor ? Ø Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya. Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan Ø Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler

Siklus Eksekusi dengan interupsi

Instrupsi Ditangguhkan Apa yang dilakukan Processor ? Ø Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya. Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan Ø Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler

Sistem Operasi Kompleks Instrupsi Ganda (Multiple Interupt) Ø Misalnya : Suatu Komputer akan merima permintaan interupsi saat proses pencetakan dengan printer selesai, disamping itu dimungkinkan dari saluran komunikasi akan mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba. Terdapat 2 pendekatan untuk menangani kasus ini.

Sistem Operasi Kompleks (lanjutan. . . ) Ada 2 Pendekatan : Pendekatan ini disebut pengolahan interupsi berurutan/sekuensial 1. Menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor. 2. Setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru di tangani. Pengolahan interupsi bersarang yaitu mendefinisikan prioritas bagi interupsi 1. Interrupt handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu

Multiple Interrupts - Sequential

Multiple Interrupts - Nested

Contoh Kasus Ø Suatu sistem memiliki tiga perangkat I/O: Printer, Harddisk, Jalur Komunikasi, masing – masing prioritasnya 2, 4, dan 5. Bagaimana Pendekatan untuk menangani interupsi tersebut !

Contoh Kasus Ø Pada awal sistem melakukan pencetakan dengan printer, saat itu terdapat pengiriman data pada saluran komunikasi sehingga modul komunikasi meminta interupsi. Ø Proses selanjutnya adalah pengalihan eksekusi interupsi mudul komunikasi, sedangkan interupsi printer ditangguhkan. Ø Saat pengeksekusian modul komunikasi terjadi interupsi disk, namun karena prioritasnya lebih rendah maka interupsi disk ditangguhkan. Ø Setelah interupsi modul komunikasi selesai akan dilanjutkan interupsi yang memiliki prioritas lebih tinggi, yaitu disk. Ø Bila interupsi disk selesai dilanjutkan eksekusi interupsi printer. Selanjutnya dilanjutkan eksekusi program utama