Struktur CPU
advertisement
Arsitektur cpu pada PC Evi Fibriyani (14112018) Widianto (12111089) Gerson dullosa utama(14111053) Pengertian cpu Central Processing Unit Merupakan komponen terpenting dari sistem komputer Komponen pengolah data berdasarkan instruksi yang diberikan kepadanya Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen Struktur CPU Arithmetic and Logic Unit (ALU) ALU berarti Unit Logika dan Aritmatika. Mempunyai tugas utama untuk membentuk berbagai fungsi pengolahan data komputer.. ALU sendiri juga masih terbagi menjadi dua komponen utama, yaitu arithmetic unit (unit aritmatika), bertugas untuk menangani pengolahan data yang berhubungan dengan perhitungan, dan boolean logic unit (unit logika boolean), bertugas menangani berbagai operasi logika Control Unit Control Unit atau Unit Kendali, mempunyai tugas utama untuk mengendalikan operasi dalam CPU dan juga mengontrol komputer secara keseluruhan untuk menciptakan sebuah sinkronisasi kerja antar komponen dalam melakukan fungsinya masing-masing Registers Media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data. Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. CPU Interconnections Sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal dan bus – bus eksternal CPU Komponen internal CPU yaitu ALU, unit kontrol dan register – register. Komponen eksternal CPU :sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan/keluaran Struktu internal cpu Komponen Pada CPU Fungsi CPU 1. CPU berfungsi seperti kalkulator, hanya saja CPU jauh lebih kuat daya pemrosesannya. 2. Untuk melakukan operasi aritmatika dan logika terhadap data yang diambil dari memori atau dari informasi yang dimasukkan melalui beberapa perangkat keras. 3. CPU dapat mengakses data-data pada RAM dengan menentukan alamat data yang dikehendaki. 4. Untuk penjalankan program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi – instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah Aksi CPU CPU - Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya. CPU - I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya. Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data. Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya instruksi pengubahan urusan eksekusi. Siklus Fetch - Eksekusi Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori. Terdapat registers dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi. Instruksi-instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR). Instruksi-instruksi ii dalam bentuk kode-kode binner yang dapat direpresentasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan. Siklus Eksekusi Instruction Address Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat instruksi sebelumnya. Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau mengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU. Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan. Operand Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori. Operand Fetch (OF), yaitu mengambil operand dari memori atau dari modul I/O. Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi. Operand Store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori. Fungsi Interupsi Mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU kepada routine interupsi. Hampir semua modul (memori dan I/O) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU Tujuan Interupsi Secara umum untuk manajemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul-modul I/O maupun memori. Setiap komponen komputer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU di samping itu kecepatan eksekusi masing-masing modul berbeda. Dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul. Kelas Sinyal Interupsi Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya : aritmatika overflow, pembagian nol, operasi ilegal. Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan dengan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler. I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi. Hardware Failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan partas memori. Proses Interupsi Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi instruksi-instruksi lain. Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya, maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor. Kemudian prosesor akan menghentikan eksekusi yang sedang dijalankannya untuk meng-handle routine interupsi. Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali. Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkina tindakan, yaitu interupsi diterima/ditangguhkan dan interupsi ditolak. Interupsi ditangguhkan : Apa yang dilakukan prosesor ? Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya. Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan. Prosesor menyetel Program Counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler. Sistem Operasi Kompleks Interupsi ganda (multiple interrupt). Misalnya suatu komputer akan menerima permintaan interupsi saat proses pencetakan dengan printer selesai, disamping itu dimungkinkan dari saluran komunikasi akan mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba. Dapat diambil dua buah pendekatan untuk menangani interupsi ganda ini. Ada 2 pendekatan : Pendekatan ini disebut pengolahan interupsi berurutan/sekuensial. Menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor. Setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru ditangani. Pengolahan interupsi bersarang yaitu mendefinisikan prioritas bagi interupsi. Interrupt handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu Perbedaan processor 1. 2. 3. 4. 5. Perbedaan clock speed. Perbedaan besar cache size. Banyaknya Core dalam suatu processor. Processor yang baru lebih sedikit mengkonsumsi daya listrik. Perbedaan pada banyaknya bus system dan bus address. Clock speed processor Clock speed processor adalah kecepatan processor dalam melakuan proses data atau eksekusi perintah yang bisa diselesaikan dalam waktu satu detik. Misalnya, Intel Pentium IV 1,6 Ghz, berarti processor mempunyai kecepatan untuk eksekusi perintah sebesar 1600 juta dalam satu detik. Semakin besar nilai clock speed, semakin cepat processortersebut menyelesaikan pekerjaannya. Nilai pada clock speed pada processor diperoleh dari hasil perkalian antara FSB danmultiplier yang ada pada motherboard. Contohnya, komputer Pentium IV 2,66 Ghz (2660 Mhz) dengan FSB atau PC 133 Mhz dan nilai multiplier yang digunakan sebesar 20x, sistem perkalian yang digunakan adalah clock speed (2660 Mhz) = FSB (133 Mhz) x multiplier (20). Smartphone ||Struktur CPU dan beberapa pendukung smartphone|| • Input dan Output • Control Unit • Memory •Processor INPUT DEVICE INPUT OUTPUT Input device (alat input) adalah peralatan yang berfungsi untuk memasukkan data ke-dalam smartphone. Beberapa komponen Input device penting pada smart phone, yaitu: Touchscreen, trackball, keypad, kamera, mic dll. OUTPUT DEVICE Output device (alat output) adalah peralatan yang berfungsi untuk menghasilkan keluaran, bisa berupa kertas (hard copy), layar monitor (soft copy) atau keluaran berupa suara dll. Beberapa komponen Output Device penting, yaitu : lcd, speaker dll. CONTROL UNIT(CU) Control Unit (CU) adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut. Pada awal-awal desain komputer, CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang datang dari word-word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut, termasuk di antaranya adalah register, ALU, register instruksi, bus dan peralatan input/output di luar chip. Pada komputer modern, setiap subsistem ini telah memiliki kontrolernya masing-masing, dengan CU sebagai pemantaunya (supervisor). Tugas Control Unit 1. Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output. 2. Mengambil instruksi-instruksi dari main memory 3. Mengambil data dari main memory kalau diperlukan oleh proses 4. Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan arithmatika dan perbandingan logika serta mengawasi kerja ALU. 5. Menyimpan hasil proses main memory. CONTROL UNIT(CU) Macam-macam CU : ◦ 1. Single-Cycle CU Proses di CUl ini hanya terjadi dalam satu clock cycle, artinya setiap instruksi ada pada satu cycle, maka dari itu tidak memerlukan state. Dengan demikian fungsi boolean masing-masing control line hanya merupakan fungsi dari opcode saja. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis instruksi. Ada dua bagian pada unit kontrol ini, yaitu proses men-decode opcode untuk mengelompokkannya menjadi 4 macam instruksi (yaitu di gerbang AND), dan pemberian sinyal kontrol berdasarkan jenis instruksinya (yaitu gerbang OR). Keempat jenis instruksi adalah “R-format” (berhubungan dengan register), “lw” (membaca memori), “sw” (menulis ke memori), dan “beq” (branching). Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya. Misalnya jika melibatkan memori ”R-format” atau ”lw” maka akan sinyal ”Regwrite” akan aktif. Hal lain jika melibatkan memori “lw” atau “sw” maka akan diberi sinyal kontrol ke ALU, yaitu “ALUSrc”. Desain single-cycle ini lebih dapat bekerja dengan baik dan benar tetapi cycle ini tidak efisien. ◦ 2. Multi-Cycle CU Berbeda dengan unit kontrol yang single-cycle, unit kontrol yang multi- cycle lebih memiliki banyak fungsi. Dengan memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing output control line dapat ditentukan. Masing-masingnya akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic. Jadi akan terdapat banyak fungsi boolean, dan masing-masingnya tidak sederhana. Pada cycle ini, sinyal kontrol tidak lagi ditentukan dengan melihat pada bit-bit instruksinya. Bit-bit opcode memberitahukan operasi apa yang selanjutnya akan dijalankan CPU; bukan instruksi cycle selanjutnya. MEMORY Memori dalam sistem Smartphone Ada tiga memory dalam smartphone : 1. Register, digunakan untuk menyimpan instruksi dan data yang sedang diproses. 2. Main Memory, digunakan untuk menyimpan instruksi dan data yang akan diproses dan hasil dari pengolahan. 3. External Memory, digunakan untuk menyimpan program dan data secara permanen. PROCESSOR PROCESSOR 1. Processor/CPU (Central Processing Unit) merupakan otaknya Smartphone. Processor dapat dibedakan dari perbedaan jumlah data bus-nya. Misalkan ada processor 8 bit, itu berarti processor tersebut memiliki 8 data bus 2. Processor yaitu sebuah Chip yang merupakan otak pemroses dan pusat pengendali berbagai perangkat lain sehingga Smartphone dapat bekerja satu dengan lainnya. 3. Ukuran Processor adalah MHz (Mega Hertz) yaitu hitungan kecepatan dalam mengolah data/informasi SOC (sistem-on-a-chip) Sebuah SoC, atau sistem-on-a-chip, mengintegrasikan hampir semua komponen ke dalam sebuah chip silikon tunggal. Seiring dengan CPU, sebuah SoC biasanya berisi GPU (prosesor grafis), memori, USB controller, sirkuit manajemen daya, dan radio nirkabel (WiFi, 3G, 4G LTE, dan sebagainya). Sedangkan CPU tidak dapat berfungsi tanpa puluhan chip lain, itu mungkin untuk membangun smartphone hanya dengan SoC tunggal. Keuntungan dari SoC adalah ukurannya selain itu SoC mengandung lebih banyak fungsionalitas. Jika anda menggunakan CPU, akan sangat sulit jika anda menggunakan CPU dan beberapa chip pendukung lain pada smartphone yang ukurannya relative kecil, kita dapat menempatkan komputer lengkap di smartphone dan tablet , dan masih memiliki banyak ruang untuk baterai jika menggunakan SoC. ◦ Karena tingkat integrasi yang sangat tinggi, SoC juga menggunakan daya yang lebih sedikit, selain itu jika anda menggunakan CPU, maka anda memerlukan sejumlah chip fisik berarti bahwa itu jauh lebih murah untuk membangun sebuah smartphone dengan menggunakan SoC dibanding CPU. Jenis Processor yg Dipakai Android: OMAP ◦ OMAP merupakan processor yang diproduksi oleh Texas Instrument, saat ini tersedia OMAP 1 sampai dengan OMAP 4. Processor OMAP 4 merupakan langkah awal texas instrument versi dual core. Processor OMAP juga sering digunakan oleh smartphone dengan kinerja yang handal diantaranya samsung galaxy nexus, huawei ascend P1 S hingga tablet archos. Keunggulan OMAP mampu memberikan dan memproses tampilan situs pada internet layaknya website pada PC, User interface lebih cepat dengan konsumsi daya lebih sedikit, menunjang kamera primer dan sekunder lebih kuat serta mampu menampilkan video Full HD. EXYNOS ◦ Processor ini dikembangkan oleh Samsung Electronics yang dibangun dengan basis System on a Chip (SoC) khusus untuk perangkat mobile seperti smartphone dan tablet. Exynos pertama kali dirilis adalah 3110 atau yang sebelumnya dikenal dengan nama hummingbird atau S5PC110. Setelah exynos 3110, samsung kembali meluncurkan exynos 4212, yang menggunakan CPU ARM Cortex A9 dual core dengan clock antara 1.2 GHz hingga 1.5 GHz dan dilengkapi dengan GPU ARM Mali400 MP4. Kelebihan yang ditawarkan CPU ini adalah multitasking, fitur game 3D dan hemat karena dibangun dengan proses High K Metal Gate 45nm, 32nm dan 28nm. Jenis Processor yg Dipakai Android: TEGRA ◦ Processor product nvidia ini sangat maju dikarenakan lebih dulu melakukan release quad core sementara produsen lain masih memproduksi dual core. Product quad core tersebut adalah nvidia tegra 3 yang dibangun dengan menggunakan arsitektur ARM Cortex A9 dengan core maximum 1.4GHz. Processor ini mempunyai keunggulan mampu menampilkan kualitas gambar dengan konsumsi daya yang minimum, selain itu processor ini juga mampu memutar video dengan resolusi yang besar. Jika anda gemar bermain game dan memutar video, mungkin tegra adalah pilihan yang cocok untuk anda SNAPDRAGON ◦ Snapdragon merupakan jenis processor besutan Qualcomm yang paling banyak digunakan untuk smartphone android, kemampuan processor ini diklaim banyak pihak lebih baik dari processor lain dan hingga saat artikel ini saya tulis. Hingga saat ini qualcomm meluncurkan beberapa generasi dari snapdragon dengan kemampuan yang bervarisasi. Jenis Processor yg Dipakai Android: MEDIATEK ◦ MEDIATEK atau yang lebih dikenal dengan MTK merupakan perusahaan semikonduktor dan menjual komponen untuk perangkat komunikasi nirkabel. Di Taiwan, mediatek merupakan pembuat chip terbesar dan juga termasuk perusahaan semikonduktor terbesar, sementara dibidang chipset smartphone, menurut data dari strategic analytic, mediatek menduduki peringkat ketiga setelah snapdragon dan exynos. Selain memiliki berbagai keunggulan, processor mediatek dikenal sebagai processor dengan harga murah namun memiliki kualitas yang mengagumkan. PXA ◦ Processor ini merupakan produk dari marvell, sekalipun jarang dipakai namun processor tersebut juga dipakai pada smartphone baik perangkat android maupun platform lain. Processor tersebut juga menggunakan teknologi SoC. ADVANCED RISC MACHINE (ARM) ARM adalah kepanjangan dari Advanced RISC Machine, yakni arsitektur prosesor yang menggunakan prosesor RISC 32-bit dan dikembangkan oleh ARM Limited. Arsitektur prosesor ARM banyak digunakan oleh perangkat genggam mengingat fitur-fiturnya yang dibuat optimal untuk perangkat genggam, seperti fitur hemat energinya yang membuatnya menjadi dominan di pasar perangkat elektronik genggam termasuk android.
