Central Processing Unit (CPU), merujuk kepada perangkat
keras komputer yang memahami dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat
lunak. Istilah lainnya, yaitu 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
Unit kontrol yang mampu
mengatur jalannya program. 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:
- Mengatur
dan mengendalikan alat-alat masukan (input) dan keluaran (output).
- Mengambil
instruksi-instruksi dari memori utama.
- Mengambil
data dari memori utama (jika diperlukan) untuk diproses.
- Mengirim
instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika
serta mengawasi kerja dari ALU.
- Menyimpan
hasil proses ke memori utama.
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.
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 ).
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 atau instruksi
dimasukkan ke processing-devices, pertamakali 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
me, meori fisik, dia 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).
PERCABANGAN INSTRUKSI (CONT..)
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
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.