Kamis, 08 Januari 2015

Central processing unit (CPU)

    


   Central processing unit (CPU) adalah otak dari komputer Anda. Ini menangani semua instruksi yang Anda berikan komputer Anda, dan semakin cepat ia melakukan hal ini, semakin baik. Pelajari tentang bagaimana proses CPU instruksi dan bagaimana insinyur komputer terus akan datang dengan cara untuk membuatnya berjalan lebih cepat.

Pengantar
    Jadi Anda belanja untuk komputer baru di toko elektronik dan Anda mencoba untuk memahami spesifikasi teknis. satu komputer yang terlihat keren memiliki quad-core Intel i7 GHz 3,5 ‘64-bit ‘. Kedengarannya mengesankan, tapi apa arti sebenarnya ini? Komputer terakhir yang Anda beli beberapa tahun yang lalu memiliki stiker di atasnya yang mengatakan Pentium 4, tetapi Anda tidak ingat detailnya. Komputer itu berjalan sepertinya agak lambat, tapi mengapa Anda perlu 64-bit quad-core? Mengapa sebenarnya ini lebih baik daripada prosesor di komputer lama Anda? Untuk memahami apa artinya spesifikasinya, pertama-tama kita harus melihat bagaimana prosesor ini dirancang dan bagaimana fungsinya.

Pengertian CPU
     Central processing unit (CPU) dari sebuah komputer adalah bagian dari hardware yang melaksanakan instruksi dari program komputer. Ia melakukan aritmatika, logis, dan operasi input / output dasar dari sebuah sistem komputer. CPU adalah seperti otak dari komputer – setiap instruksi, tidak peduli seberapa sederhana, harus melalui CPU. Jadi katakanlah Anda menekan huruf ‘k’ pada keyboard Anda dan muncul di layar – CPU komputer Anda adalah apa yang membuat ini mungkin. CPU kadang-kadang disebut sebagai unit pusat prosesor, atau prosesor untuk singkatnya. Jadi, ketika Anda melihat spesifikasi komputer di toko elektronik lokal Anda, biasanya mengacu pada CPU sebagai prosesor.
Ketika kita mulai melihat berbagai komponen CPU dan bagaimana mereka berfungsi, ingat bahwa itu adalah semua tentang kecepatan. Ketika kita menggunakan komputer kita ingin perintah untuk dilakukan sangat cepat. Ketika perintah menjadi lebih rumit (misalnya, menciptakan animasi 3D atau mengedit file video), kita menuntut lebih banyak dari CPU. Dengan demikian, kemajuan teknologi yang telah kita lihat dalam teknologi prosesor sebagian besar telah didorong oleh kebutuhan untuk kecepatan.

Komponen CPU

    Sebuah CPU khas memiliki sejumlah komponen. Pertama adalah unit aritmatika logika (ALU) yang melakukan aritmatika sederhana dan operasi logis. Kedua adalah unit kontrol (CU) yang mengelola berbagai komponen komputer. Ini membaca dan menafsirkan instruksi dari memori dan mengubahnya menjadi serangkaian sinyal untuk mengaktifkan bagian-bagian lain dari komputer. Unit kontrol menyerukan kepada unit aritmatika logika untuk melakukan perhitungan yang diperlukan. Ketiga adalah cache, yang berfungsi sebagai memori berkecepatan tinggi di mana instruksi dapat disalin ke dan diambil. CPU Awal terdiri dari banyak komponen yang terpisah, namun sejak tahun 1970 mereka telah dibangun sebagai unit terpadu yang disebut mikroprosesor. Dengan demikian, CPU adalah jenis tertentu mikroprosesor. Masing-masing komponen CPU telah menjadi begitu terintegrasi yang Anda bahkan bisa mengenali mereka dari luar. CPU yang ditampilkan di bawah ini adalah berukuran sekitar 2 inci kali 2 inci.


Bagian bawah CPU Intel – pin berlapis emas menyediakan koneksi ke motherboard

    ALU adalah tempat perhitungan terjadi. Bagaimana perhitungan ini benar-benar bisa dilakukan? Untuk komputer, dunia terdiri dari nol (0) dan yang (1). Di dalam prosesor kita dapat menyimpan 0s dan 1s menggunakan transistor. Ini adalah switch mikroskopis yang mengontrol aliran listrik tergantung pada apakah saklar on atau off. Jadi transistor berisi informasi biner: 1 jika arus melewati dan 0 jika arus tidak melewati. Transistor terletak di sepotong silikon yang sangat tipis. Sebuah chip silikon tunggal dapat berisi ribuan transistor. Sebuah CPU tunggal berisi sejumlah besar chip. Gabungan ini hanya mencakup sekitar satu inci persegi atau lebih. Dalam CPU modern, bagaimanapun, bahwa inci persegi dapat menampung beberapa ratus juta transistor – CPU high-end sangat terbaru memiliki lebih dari satu miliar! Penghitungan dilakukan oleh sinyal menyalakan atau mematikan kombinasi yang berbeda dari transistor. Dan lebih banyak transistor berarti perhitungan yang lebih.



 CPU terletak di motherboard dengan heatsink dan kipas langsung di atasnya
    CPU Awal yang cukup besar dan tidak mengandung banyak transistor seperti yang mereka lakukan hari ini. Produsen chip seperti Intel dan AMD telah menginvestasikan banyak penelitian untuk membuat segalanya lebih kecil dan muat lebih banyak transistor di dalam prosesor tunggal. Jadi, ketika ada generasi baru dari chip, biasanya berarti mereka telah datang dengan cara yang lebih cerdas yang dikemas dengan kekuatan pemrosesan yang lebih ke CPU tunggal. Nama umum dari prosesor (misalnya Intel Pentium 4, Intel i7, AMD Athlon, AMD 870) mengacu pada arsitektur yang mendasari dari CPU. Ada begitu banyak orang yang berbeda yang akan sulit untuk mencari tahu apa yang benar-benar Anda butuhkan dalam komputer baru. Cara terbaik adalah harus pergi dengan jenis prosesor terbaru yang masuk dalam anggaran Anda.

Laju Clock
   Tingkat clock prosesor adalah kecepatan di mana instruksi yang dieksekusi. Kecepatan ini diatur menggunakan jam internal dan dinyatakan sebagai jumlah jam siklus per detik. CPU modern dapat memproses miliaran kalkulasi per detik. Unit digunakan untuk menyatakan tingkat clock hertz, disingkat Hz. Jadi ketika prosesor memiliki kecepatan clock 3,5 GHz yang berarti 3,5 gigahertz, atau 3,5 miliar jam siklus per detik. Lebih cepat lebih baik, tapi kecepatan yang lebih tinggi artinya biaya yang lebih tinggi.

Komputer paralel dan CPU multi-core
   Produsen komputer selalu mencari untuk meningkatkan kinerja keseluruhan sistem komputer, dan CPU yang lebih cepat adalah bagian besar dari itu. Ada batas-batas fisik dengan kecepatan clock dan seberapa dekat bersama-sama Anda dapat menempatkan transistor pada sebuah chip silikon. Salah satu solusinya adalah dengan menempatkan beberapa prosesor dalam sebuah CPU tunggal. Menggunakan dua prosesor disebut duo-core dan menggunakan empat prosesor disebut sebagai quad-core. Kebanyakan sistem komputer baru di pasar saat ini adalah quad-core, namun CPU dengan prosesor lebih banyak cenderung untuk keluar dalam waktu dekat. Core lebih banyak akan lebih mahal.


Foto prosesor quad-core Intel terletak pada motherboard

   Menggunakan beberapa core tidak semudah kedengarannya. Hal ini membutuhkan bentuk baru komputasi yang dikenal sebagai komputasi paralel. Ini berarti bahwa instruksi harus dibagi menjadi potongan-potongan terpisah yang dapat ditangani oleh prosesor terpisah. Setelah selesai, hasilnya harus dikombinasikan lagi untuk dimengerti. Pendekatan yang kuat untuk komputasi paralel telah dikembangkan, dan sebagai hasilnya, CPU multi-core kini telah menjadi standar dalam sistem komputer biasa.

Ringkasan
   Singkatnya, CPU adalah otak dari sebuah komputer, pengolahan semua instruksi yang Anda berikan. Sebuah CPU memiliki berbagai komponen untuk menerima instruksi, mengolahnya dan kemudian mengubah mereka menjadi sinyal untuk mengaktifkan bagian lain dari komputer. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan switch mikroskopis yang dikenal sebagai transistor yang terletak di chip silikon.
Untuk membuat pekerjaan lebih cepat CPU, sejumlah inovasi teknologi telah dilaksanakan:
1) dikemas lebih banyak transistor ke dalam CPU tunggal
2) meningkatkan kecepatan clock CPU
3) meningkatkan jangkauan bilangan bulat yang digunakan untuk mewakili angka, dan
4) mempekerjakan beberapa core dalam CPU tunggal.


komentar (0)

Rabu, 07 Januari 2015

SET INSTRUKSI

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.
ELEMEN-ELEMEN DARI INSTRUKSI MESIN (SET INSTRUKSI)
* Operation Code (opcode) : menentukan operasi yang akan dilaksanakan
* Source Operand Reference : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan
* Result Operand Reference : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan
* Next instruction Reference : memberitahu CPU untuk mengambil (fetch) instruksi berikutnya setelah instruksi yang dijalankan selesai. Source dan result operands dapat berupa salah satu diantara tiga jenis berikut ini:
  • Main or Virtual Memory
  • CPU Register
  • I/O Device
DESAIN SET INSTRUKSI
Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah:
  1. Kelengkapan set instruksi
  2. Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)
  3. Kompatibilitas : – Source code compatibility – Object code Compatibility
Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut:
  1. Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya
  2. Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
  3. Register: Banyaknya register yang dapat digunakan 4.Addressing: Mode pengalamatan untuk operand
FORMAT INSTRUKSI 
* Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi (Instruction Format).
OPCODE OPERAND REFERENCE OPERAND REFERENCE JENIS-JENIS OPERAND 
* Addresses (akan dibahas pada addressing modes)
* Numbers : – Integer or fixed point – Floating point – Decimal (BCD)
* Characters : – ASCII – EBCDIC
* Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1
JENIS INSTRUKSI 
* Data processing: Arithmetic dan Logic Instructions
* Data storage: Memory instructions
* Data Movement: I/O instructions
* Control: Test and branch instructions
TRANSFER DATA 
* Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.
* Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack.
* Menetapkan panjang data yang dipindahkan.
* Menetapkan mode pengalamatan.
* Tindakan CPU untuk melakukan transfer data adalah :
    a. Memindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain.
    b. Apabila memori dilibatkan :
       1. Menetapkan alamat memori.
       2. Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.
       3. Mengawali pembacaan / penulisan memori
Operasi set instruksi untuk transfer data :
* MOVE : memindahkan word atau blok dari sumber ke tujuan
* STORE : memindahkan word dari prosesor ke memori.
* LOAD : memindahkan word dari memori ke prosesor.
* EXCHANGE : menukar isi sumber ke tujuan.
* CLEAR / RESET : memindahkan word 0 ke tujuan.
* SET : memindahkan word 1 ke tujuan.
* PUSH : memindahkan word dari sumber ke bagian paling atas stack.
* POP : memindahkan word dari bagian paling atas sumber
ARITHMETIC
Tindakan CPU untuk melakukan operasi arithmetic :
  1. Transfer data sebelum atau sesudah.
  2. Melakukan fungsi dalam ALU.
  3. Menset kode-kode kondisi dan flag.
Operasi set instruksi untuk arithmetic :
1. ADD : penjumlahan 5. ABSOLUTE
2. SUBTRACT : pengurangan 6. NEGATIVE
3. MULTIPLY : perkalian 7. DECREMENT
4. DIVIDE : pembagian 8. INCREMENT
Nomor 5 sampai 8 merupakan instruksi operand tunggal. LOGICAL
* Tindakan CPU sama dengan arithmetic
* Operasi set instruksi untuk operasi logical :
1. AND, OR, NOT, EXOR
2. COMPARE : melakukan perbandingan logika.
3. TEST : menguji kondisi tertentu.
4. SHIFT : operand menggeser ke kiri atau kanan menyebabkan konstanta pada ujung bit.
5. ROTATE : operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin.
CONVERSI
Tindakan CPU sama dengan arithmetic dan logical.
* Instruksi yang mengubah format instruksi yang beroperasi terhadap format data.
* Misalnya pengubahan bilangan desimal menjadi bilangan biner.
* Operasi set instruksi untuk conversi :
1. TRANSLATE : menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasrkan tabel korespodensi.
2. CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.
INPUT / OUPUT 
* Tindakan CPU untuk melakukan INPUT /OUTPUT :
1. Apabila memory mapped I/O maka menentukan alamat memory mapped.
2. Mengawali perintah ke modul I/O
* Operasi set instruksi Input / Ouput :
1. INPUT : memindahkan data dari pernagkat I/O tertentu ke tujuan
2. OUTPUT : memindahkan data dari sumber tertentu ke perangkat I/O
3. START I/O : memindahkan instruksi ke prosesor I/O untuk mengawali operasi I/O
4. TEST I/O : memindahkan informasi dari sistem I/O ke tujuan TRANSFER CONTROL
* Tindakan CPU untuk transfer control : Mengupdate program counter untuk subrutin , call / return.
* Operasi set instruksi untuk transfer control :
1. JUMP (cabang) : pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu.
2. JUMP BERSYARAT : menguji persyaratan tertentu dan memuat PC dengan alamat tertentu atau tidak melakukan apa tergantung dari persyaratan.
3. JUMP SUBRUTIN : melompat ke alamat tertentu.
4. RETURN : mengganti isi PC dan register lainnya yang berasal dari lokasi tertentu.
5. EXECUTE : mengambil operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi
6. SKIP : menambah PC sehingga melompati instruksi berikutnya.
7. SKIP BERSYARAT : melompat atau tidak melakukan apa-apa berdasarkan pada       persyaratan
8. HALT : menghentikan eksekusi program.
9. WAIT (HOLD) : melanjutkan eksekusi pada saat persyaratan dipenuhi
10. NO OPERATION : tidak ada operasi yang dilakukan.
CONTROL SYSTEM 
* Hanya dapat dieksekusi ketika prosesor berada dalam keadaan khusus tertentu atau sedang mengeksekusi suatu program yang berada dalam area khusus, biasanya digunakan dalam sistem operasi. * Contoh : membaca atau mengubah register kontrol.
JUMLAH ALAMAT (NUMBER OF ADDRESSES) 
* Salah satu cara tradisional untuk menggambarkan arsitektur prosessor adalah dengan melihat jumlah alamat yang terkandung dalam setiap instruksinya.
* Jumlah alamat maksimum yang mungkin diperlukan dalam sebuah instruksi :
1. Empat Alamat ( dua operand, satu hasil, satu untuk alamat instruksi berikutnya)
2. Tiga Alamat (dua operand, satu hasil)
3. Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi operand)
4. Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya)
Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang dispesifikasikan
1. O – Address Instruction
2. 1 – Addreess Instruction.
3. N – Address Instruction
4. M + N – Address Instruction
Macam-macam instruksi menurut sifat akses terhadap memori atau register
1. Memori To Register Instruction
2. Memori To Memori Instruction
3. Register To Register Instruction
ADDRESSING MODES
Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalamatan) yang paling umum:
* Immediate
* Direct
* Indirect
* Register
* Register Indirect
* Displacement
* Stack
Sumber :
http://imahmaulana.blogspot.com/2012/11/set-instruksi-dan-pengalamatan.html
http://kecoa-coklat.blogspot.com/2012/11/set-instruksi_6354.html
http://jovanangga.blogspot.com/2012/11/set-instruksi-dan-teknik-pengalamatan.html

komentar (0)

Langganan: Postingan (Atom)