CPU & SISTEM BUS

1.    Sistem Bus

Sistem bus dalam arsitektur komputer merujuk pada bus yang digunakan oleh sistem komputer untuk menghubungkan semua komponennya dalam menjalankan tugasnya. Sebuah bus adalah sebutan untuk jalur di mana data dapat mengalir dalam komputer. Jalur-jalur ini digunakan untuk komunikasi dan dapat dibuat antara dua elemen atau lebih. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi oleh CPU melalui perantara sistem bus.

Bus beroperasi pada kecepatan dan lebar yang berbeda. PC awal mempunyai bus dengan kecepatan 4.77 MHz dan lebar 8 bit yang dikenal dengan bus ISA (Industry Standard Architecture). Kemudian bus diperbaiki menjadi lebar 16 bit dengan kecepatan 8 MHz. Pada tahun 1990 Intel memperkenalkan bus PCI (Pheriperal Component Interconnect), semula dengan lebar 32 bit, sekarang lebar bus 64 bit dan di-run pada kecepatan 133 MHz. Sebuah bus yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer disebut sebagai Bus System. Biasanya sebuah Bus System terdiri dari 50 hingga 100 saluran yang terpisah. Sistem bus dapat dibedakan atas:

Gambar 4.1 sistem bus

A.  Data Bus ( Saluran Data )

Saluran data memberikan lintasan bagi perpindahan data antara dua modul sistem. Saluran ini secara kolektif disebut bus data. Umumnya bus data terdiri dari 8, 16, 32 saluran. Jumlah saluran diaktifkan dengan lebar bus data. Karena pada suatu saat tertentu masing-masing saluran hanya dapat membawa 1 bit, maka jumlah saluran menentukan jumlah bit yang dapat dipindahkan pada suatu saat. Lebar bus data merupakan faktor penting dalam menentukan kinerja sistem secara keseluruhan. Contohnya bila bus data lebarnya 8 bit dan setiap instruksi panjangnya 16 bit, maka CPU harus dua kali mengakses modul memori dalam setiap siklus instruksinya.

Lintasan bagi perpindahan data antar modul. Secara kolektif lintasan ini disebut bus data. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32 saluran.

B.  Address Bus ( Saluran Alamat )

Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data. Misalnya, bila CPU akan membaca sebuah word data dari memori, maka CPU akan menaruh alamat word yang dimaksud pada saluran alamat. Lebar bus alamat akan menentukan kapasitas memori maksimum sistem. Selain itu, umumnya saluran alamat juga dipakai untuk mengalamati port-port input/outoput. Biasanya, bit-bit berorde lebih tinggi dipakai untuk memilih lokasi memori atau port I/O pada modul. Digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data. Digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU. Bisa digunakan juga untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul. Dan semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat.

C.  Control Bus ( Saluran Kendali ) 

Saluran kontrol digunakan untuk mengntrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh seluruh komponen, maka harus ada alat untuk mengontrol penggunaannya. Sinyal-sinyal kontrol melakukan transmisi baik perintah maupun informasi pewaktuan diantara modul-modul sistem. Sinyal-sinyal pewaktuan menunjukkan validitas data dan informasi alamat. Sinyal-sinyal perintah menspesifikasikan operasi-operasi yang akan dibentuk. Umumnya saluran kontrol meliputi : memory write, memory read, I/O write, I/O read, transfer ACK, bus request, bus grant, interrupt request, interrupt ACK, clock, reset.

1.    CPU (Central Processing Unit )

CPU (Central Processing Unit) secara umum juga diartikan sebagai komponen utama atau otak utama dari sebuah perangkat seperti komputer maupun smartphone yang masuk dalam kategori Hardware dengan kemampuan melaksanakan perintah, instruksi dan seluruh aktivitas baik dengan bahasa aritmatika, output serta input secara keseluruhan dalam sebuah sistem di perangkat tersebut.

Fungsi CPU adalah menjalankan program – program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi – instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah. Pandangan paling sederhana proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu : operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute).

Gambar 3.3 Siklus instruksi dasar

Siklus Fetch – Eksekusi:

Siklus Fetch - Eksekusi dikelompokkan menjadi empat katagori, yaitu :

·      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.

Detail siklus operasi, yaitu :

·      Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi.

·      Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil 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), adalah 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.

1.    ALU ( Arithmatic and Logical Unit )

Berfungsi untuk melaksanakan pekerjaan perhitungan atau aritmatika & logika seperti menambah, mengurangi, mengalikan, membagi dan memangkatkan. Selain itu juga melaksanakan pekerjaan seperti pemindahan data, penyatuan data, pemilihan data, membandingkan data, dll, sehingga ALU merupakan bagian inti dari suatu sistem komputer. Pada beberapa sistem komputer untuk memperingan dan membantu tugas ALU dari CPU ini diberi suatu peralatan tambahan yang disebut coprocessor sehingga khususnya proses perhitungan serta pelaksanaan pekerjaan pada umumnya menjadi lebih cepat. ALU berfungsi melakukan operasi aritmatik dan logika yang terbagi menjadi 4 kelas, yaitu desimal aritmatic, fixed point arithmatic, floating point arithmatic, dan logic operation. Terdapat 2 macam bilangan yang ditangani oleh prosesor, yaitu bilangan fixed point dan bilangan floating point.

·      Bilangan Fixed Point

Bilangan fixed point adalah bilangan yang memiliki nilai digit spesifik pada salah satu titik desimalnya. Hal ini akan membatasi jangkauan nilai yang mungkin untuk angka-angka tersebut. Namun, hal ini justru dapat dihitung oleh prosesor.

·      Bilangan Floating Point

Bilangan floating point adalah bilangan yang diwujudkan dalam notasi ilmiah. Yaitu berupa angka pecahan desimal dikalikan dengan angka 10 pangkat bilangan tertentu, misalnya: 705,2944 x 109, atau 4,3 x 10-7. Cara penulisan angka seperti ini merupakan cara singkat untuk menuliskan angka yang nilainya sangat besar maupun sangat kecil. Bilangan seperti ini banyak digunakan dalam pemrosesan grafik dan kerja ilmiah. Proses arithmatika bilangan floating point memang lebih rumit dan prosesor membutuhkan waktu yang lebih lama untuk mengerjakannya, karena mungkin akan menggunakan beberapa siklus detak ( Clock Cycle ) prosesor.

Oleh karena itu, beberapa jenis komputer menggunakan prosesor sendiri untuk menangani bilangan floating point. Prosesor yang khusus menangani bilangan floating point disebut Floating Point Unit ( FPU ) atau disebut juga dengan nama math co-processor. FPU dapat bekerja secara pararel dengan prosessor. Dengan demikian proses perhitungan bilangan floating point dapat berjalan lebih cepat. Keberadaan FPU integrated ( bersatu dengan prosessor ) sudah menjadi kebutuhan standart komputer masa kini, karena banyak sekali aplikasi-aplikasi yang beroperasi menggunakan bilangan floating point.

2.    CU (Control Unit)

Berfungsi untuk melaksanakan tugas pengawasan dan pengendalian seluruh sistem komputer. Ia berfungsi seperti pengatur rumah tangga komputer, memutuskan urutan operasi untuk seluruh sistem, membangkitkan dan mengendalikan sinyal-sinyal kontrol untuk menyesuaikan operasi-operasi dan arus data dari bus alamat (address bus) dan bus data (data bus), serta mengendalikan dan menafsirkan sinyal-sinyal kontrol pada bus kontrol (control bus) dari sistem komputer.

Macam-macam CU ( Control Unit ) :

·      Single-Cycle CU ( Control Unit )

Proses di CU ini hanya terjadi dalam satu clock cycle, artinya setiap instruksi ada pada satu cycle. Maka dari itu tidak memerlukan state. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis instruksi. Ada dua bagian pada unit control 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 ). Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya.

Empat jenis instruksi ini adalah :

-          R-format ( berhubungan dengan register )

-          lw ( membaca memori )

-          sw ( menulis memori )

-          beg ( branching )

·      Multi-Cycle CU ( Control Unit )

Berbeda dengan unit control yang single-cycle, unit control multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi. Dengan memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing output control line dapat ditentukan. Masing-masing akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic. 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.

3.    Register

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 diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. Jika dianalogikan, register ini dapat diibaratkan sebagai ingatan di otak bila kita melakukan pengolahan data secara manual, sehingga otak bisa diibaratkan sebagai CPU, yang berisi ingatan-ingatan, suatu kendali yang mengatur seluruh kegiatan tubuh dan mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika.

a.    Set register

Apabila bit ini bernilai 0, maka register data dapat diupdate setiap detiknya, namun apabila bit ini bernilai 1, maka register data tidak dapat diupdate. Bit ini tidak akan berpengaruh terhadap kondisi RESET

b.    Register-register kontrol

Register-register untuk komunikasi dengan unit-unit diluar CPU :

·      MAR ( Memory Address Register ), Digunakan untuk menyatakan alamat lokasi operand dalam memori yang akan dibaca atau ditulis oleh CPU.

·      MBR / MDR ( Memory Buffer atau Data Register ), Merupakan tempat penyimpanan ( sementara ) data yang baru saja dibaca atau data yang akan dituliskan ke memori.

·      PC ( Program Counter ), Digunakan untuk menyatakan alamat lokasi instruksi yang akan dibaca oleh CPU dari memori.

Jenis-jenis register :

·      Register data, Digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat ( Integer ).

·      Register alamat, Digunakan untuk menyimpan alamat-alamat memori dan juga untuk mengakses memori.

·      Register general purpose, Digunakan untuk menyimpan angka dan alamat secara sekaligus.

·      Register floating point, Digunakan untuk mnyimpan angka-angka bilangan titik mengambang ( Floating Point ).

·      Register konstanta ( Constant Register ), Digunakan untuk menyimpan angka-angka tetap yang hanya dapat dibaca ( bersifat read – only ).

·      Register vector, Digunakan untuk menyimpan hasil pemprosesan vektor yang dilakukan oleh prosesor SIMD.

·      Register special purpose, Digunakan untuk menyimpan data internal prosesor, seperti halnya instruction pointer, stack pointer, dan status.

·      Register yang spesifik terhadap model mesin ( Machine Specific Register ), digunakan untuk menyimpan data internal prosesor atau pengaturan yang berkaitan dengan prosesor itu sendiri.

4.    Memori

Berfungsi untuk menampung data/program yang diterima dari unit masukan sebelum diolah oleh CPU dan juga menerima data setelah diolah oleh CPU yang selanjutnya diteruskan ke unit keluaran. Pada suatu sistem komputer terdapat dua macam memori, yang penamaannya tergantung pada apakah alat tersebut hanya dapat membaca atau dapat membaca dan menulis padanya. Jenis-Jenis-jenis Memori :

·      ROM ( Read Only Memory )

Adalah jenis memori yang isinya tidak hilang ketika tidak mendapat aliran listrik dan pada awalnya isinya hanya bisa dibaca. ROM pada komputer disediakan oleh vendor komputer dan berisi program atau data. Di dalam PC, ROM biasa disebut BIOS (Basic Input/Output System) atau ROM-BIOS.

·      CMOS ( Compmentary Meta-Oxyde Semiconductor )

Adalah jenis cip yang memerlukan daya listrik dari baterai. Cip ini berisi memori 64-byte yang isinya dapat diganti. Pada CMOS inilah berbagai pengaturan dasar komputer dilakukan, misalnya peranti yang digunakan untuk memuat sistem operasi dan termasuk pula tanggal dan jam sistem. CMOS merupakan bagian dari ROM.

·      RAM ( Random-Access Memory )

Adalah jenis memori yang isinya dapat diganti-ganti selama komputer dihidupkan dan bersifat volatile. Selain itu, RAM mempunyai sifat yakni dapat menyimpan dan mengambil data dengan sangat cepat.

·      DRAM ( Dynamic RAM )

Adalah jenis RAM yang secara berkala harus disegarkan oleh CPU agar data yang terkandung di dalamnya tidak hilang. DRAM merupakan salah satu tipe RAM yang terdapat dalam PC.

·      SDRAM (Sychronous Dynamic RAM)

Adalah jenis RAM yang merupakan kelanjutan dari DRAM namun telah disnkronisasi oleh clock sistem dan memiliki kecepatan lebih tinggi daripada DRAM. Cocok untuk sistem dengan bus yang memiliki kecepatan sampai 100 MHz.

·      DIMM (dual in-line memory module)

Berkapasitas 168 pin, kedua belah modul memori ini aktif, setiap permukaan adalah 84 pin. Ini berbeda daripada SIMM yang hanya berfungsi pada sebelah modul saja. Mensuport 64 bit penghantaran data. SDRAM (synchronous DRAM) menggunakan DIMM. Merupakan penganti dari DRAM, FPM (fast page memory) dan EDO. SDRAM pengatur (synchronizes) memori supaya sama dengan CPU clock untuk pemindahan data yang lebih cepat. Terdapat dalam dua kecepatan yaitu 100MHz (PC100) dan 133MHz (PC133). DIMM 168 PIN. DIMM adalah jenis RAM yang terdapat di pasaran.

·      Cache Memory

Memori berkapasitas terbatas, memori ini berkecepatan tinggi dan lebih mahal dibandingkan memory utama. Berada diantara memori utama dan register pemroses, berfungsi agar pemroses tidak langsung mengacu kepada memori utama tetapi di cache memory yang kecepatan aksesnya yang lebih tinggi, metode menggunakan cache memory ini akan meningkatkan kinerja sistem. Cache memory adalah tipe RAM tercepat yang ada, dan digunakan oleh CPU, hard drive, dan beberapa komponen lainnya.

Daftar Pustaka

http://siswantongeblog.blogspot.co.id/2015/10/sistem-bus.html

https://fajarhidayat513.wordpress.com/2016/11/06/cental-processing-iunit/

Maryanto. 2012. Perkembangan Perangkat Komputer & Interconnection Network, Teknik Informatika, UNINDRA, Jakarta.