Organisasi prosesor, register dan siklus intruksi(decoding, fetching, dan executing) (angga dan syahrul)

Organisasi Processor terdiri dari :

—ALU (Arithmatic and Logical Unit) : untuk  melakukan komputasi atau pengolahan data aktual

—CU(Control Unit) : untuk mengontrol  perpindahan data dan instruksi ke / dariCPU dan  juga mengontrol operasi ALU.

—Register: memory internal CPU

Hal-hal yang dilakukan CPU :

—Fetch Instruction(Mengambil instruksi) :CPU membaca instruksi dari memory

—Interpret Instruction(Menterjemahkan instruksi) : CPU menterjemahkan instruksi untuk menentukan aksi yang  diperlukan.

—Fetch Data (Mengambil data) : eksekusi instruksi mungkin memerlukan pembacaan data dari memory atau dari modul I/O

—·Process Data (Mengolah data) : eksekusi instruksi memerlukan operasi aritmatik atau logika.

—Write data (Menulis data) :Hasil eksekusi mungkin memerlukan penulisan data ke memory atau ke modul I/O

  —Untuk melakukan tindakan ini prosesor kebutuhan beberapa cara untuk menyimpan instruksi dan data sementara. Sebuah representasi sederhana dari sebuah prosesor dapat ditampilkan sebagai berikut :

 

—Jika Anda melihat lebih dekat pada organisasi internal prosesor, Anda akan melihat bahwa sangat mirip dengan pembuatan komputer.

 

 Prosesor Pentium

  Processor sering disebut sebagai otak dan pusat pengendali computer yang didukung oleh kompunen lainnya. Processor adalah sebuah IC yang mengontrol keseluruhan jalannya sebuah sistem komputer dan digunakan sebagai pusat atau otak dari komputer yang berfungsi untuk melakukan perhitungan dan menjalankan tugas. Processor terletak pada socket yang telah disediakan oleh motherboard, dan dapat diganti dengan processor yang lain asalkan sesuai dengan socket yang ada pada motherboard. Salah satu yang sangat besar pengaruhnya terhadap kecepatan komputer tergantung dari jenis dan kapasitas processor.

Sejarah Perkembangan Mikroprocessor

Ø 1971 : 4004 Microprocessor                                        

Ø1972 : 8008 Microprocessor                                        

Ø1974 : 8080 Microprocessor                        

Ø1978 : 8086-8088 Microprocessor                             

Ø1982 : 286 Microprocessor                                           

Ø1985 : Intel386™ Microprocessor                              

Ø 1989 : Intel486™ DX CPU Microprocessor             

Ø1993 : Intel Pentium Processor                                  

Ø1995 : Intel Pentium Pro Processor                          

Ø1997 : Intel Pentium II Processor                              

Ø1998 : Intel Pentium II Xeon Processor  

Microprosesor

Sejarah Perkembangan Microprosesor

  Sejarah mencatat bahwa orang-orang Babilonia kuno telah memakai Abacus (alat hitung yang terbuat dari manik-manik) sekitar 500SM. Lalu sekitar tahun 1642 Blaise Pascal menciptakan mesin hitung yang  menggunakan prinsip gigi roda (cikal bakal kalkulator sekarang). Perkembangan berikutnya adalah dengan diciptakannya mesin hitung raksasa (1940-1950), yang dibangun dari relai-relai dan tabung-hampa (vaccum-tube) berukuran raksasa. Perkembangan berikutnya, memanfaatkan transistor dan komponen zat padat (solid-state electronic) digunakan untuk membangun mesin serupa yang berukuran lebih kecil. Akhirnya, perkembangan rangkaian terpadu/terintegrasi (IC=Integrated Circuit) sekitar 1960, telah mengantar ke pengembangan mikroprosesor dan sistem komputer berbasis mikroprosesor (Microprocessor Based Computer System). 

A.Microprocessor 4004 (1971)

  Pada awal tahun 1971, Intel Corporatioan & Marcion G.Hoff memperkenalkan mikroprosesor pertama kali yaitu mikroprosesor 4 bit seri 4004, yang memiliki 4096 alamat, masing-masing  4 bit memori dan memiliki 45 buah instruksi yang berbeda serta hanya digunakan untuk keperluan terbatas, misal video game dan beberapa alat kendali (controller) sederhana. Dimana intel mengeluarkan processor pertamanya yang dipakai pada mesin penghitung buscom. Ini adalah penemuan yang memulai memasukan sistem cerdas ke dalam mesin. Chip intel 4004 ini mengawali perkembangan CPU dengan mempelopori peletakan seluruh komponen mesin hitung dalam satu IC. 

B.Microprocessor 8008 (1971)

  Pada akhir tahun 1971, dengan menyadari bahwa mikroprosesor adalah produk komersial, Intel Corporation kembali meluncurkan mikroprosesor  8 bit pertama yaitu 8008, dengan  memori yang lebih besar (16 KB x 8 bit) dan jumlah instruksi yang lebih banyak (48 instruksi). Oleh karena pemakaian mikroprosesor 8008 yang makin meningkat dan meluas maka memori dan jumlah instruksi tersebut menjadi kurang memadai, sehingga Intel Corp tahun 1973 meluncurkan  mikroprosesor 8080 (mikroprosesor 8 bit modern pertama). Setelah itu banyak perusahaan-perusahaan lain yang juga mengeluarkan mikroprosesor 4 bit & 8 bit mereka yang pertama. Keistimewaan mikroprosesor ini, selain alamat memori dan jumlah instruksinya yang lebih besar, peningkatan juga terdapat kecepatan (speed) yang fantastis dibanding dengan mikroprosesor 8008. Mikroprosesor 8008 melakukan satu operasi internal (kecepatan eksekusi) dalam 20mS, sedang mikroprosesor 8080 hanya membutuhkan 2,0mS.  Versi yang lebih baru dari 8080, yaitu 8085 yang diluncurkan oleh Intel Corp tahun 1977, hanya sedikit peningkatan kinerja yang dimiliki oleh 8085 bila dibandingkan dengan 8080 (alamat memori dan jumlah instruksinya sama, clock-nya 1.3 mS). Microprocessor 8008 yang berkecepatan hitung 2 kali lipat dari microprocessor sebelumnya.

C.Microprocessor 8080 (1974)

  Pada tahun 1974 intel kembali mengeluarkan microprocessor terbaru dengan seri 8080. Pada seri ini intel melakukan perubahan dari microprocessor multivoltage menjadi triple voltage, teknologi yang di pakai NMOS, lebih cepat dari seri sebelumnya yang memakai teknologi PMOS. Microprocessor ini adalah otak pertama bagi komputer yang bernama altair.Pada saat ini pengalamatan memory sudah sampai 64 kilobyte. Kecepatanya sampai 10X microprocessor sebelumnya. Tahun ini juga muncul microprocessor dari produsen lain seperti MC6800 dari Motorola -1974, Z80 dari Zilog -1976 (merupakan dua rival berat), dan prosessor - processor lain seri 6500 buatan MST, Rockwell, Hyundai, WDC, NCR dst.

D.Microprocessor 8086 (1978)

  Pada 1978 Intel Corp meluncurkan mikroprosesor 8086. Processor 8086 adalah CPU pertama 16 bit tetapi pada saat ini masih banyak di gunakan mainboard standard 8 bit, karena motherboard 16 bit merupakan hal yang mahal. Akhirnya pada tahun 1979 intel merancang ulang processor ini sehingga compatible dengan mainboard 8 bit yang diberi nama 8088 tetapi secara logika bisa di namakan 8086sx. Perusahan komputer IBM menggunakan processor 8086sx ini untuk komputernya karena lebih murah dari harga 8086, dan juga bisa menggunakan mainboard bekas dari processor 8080. Teknologi yang di gunakan pada processor ini juga berbeda dari seri 8080, dimana pada seri 8086 dan 8086sx intel menggunakan teknologi HMOS. Setahun kemudian melepas mikroprosesor 8088 ke pasaran. Keduanya adalah 16 bit, dengan kecepatan eksekusi 400 ns, kapasitas alamat (1 Mb x 8 bit) atau 512 x 16 bit. Satu kemajuan penting yang dicapai oleh mikroprosesor 16 bit ini adalah kemampuan melakukan perkalian dan pembagian secara perangkat keras (hardware multiplication and division) kemampuan ini tidak dimiliki oleh mikroprosesor 8 bit, kecuali Motorola  MC 6809  yang mampu melakukan perkalian, tapi tidak untuk pembagian. Perkembangan mikroprosesor 16 bit tidak berhenti di sini, Intel Corp kemudian memproduksi 80186, versi 80186 yang lebih canggih (lebih banyak untuk pemakaian pengendalian). Versi terakhir dari mikroprosesor 80186 adalah 80286 yang memiliki alamat memori 16 Mb, kecepatan clock-nya juga mengalami peningkatan menjadi  16 MHz.

E.Microprocessor 286 (1982)

  Intel 286 atau yang lebih dikenal dengan nama 80286 adalah sebuah processor yang pertama kali dapat mengenali dan menggunakan software yang digunakan untuk processor sebelumnya. 286 (1982) juga merupakan prosessor 16 bit. Prosessor ini mempunyai kemajuan yang relatif besar dibanding chip-chip generasi pertama. Frekuensi clock ditingkatkan, tetapi perbaikan yang utama ialah optimasi penanganan perintah. Intel 286 menghasilkan kerja lebih banyak tiap detik clock daripada 8088/8086.

  F.Microprocessor 386 & 486 (1985)

  Setelah sukses dengan mikroprosesor 16 bit, Intel Corp meluncurkan  2 versi mikroprosesor 32 bit, yaitu 80386 dan 80486. Kecepatan clock yang lebih tinggi menjadi kelebihan mikroprosesor ini, selain bus datanya yang lebih lebar dan ruang memori yang lebih besar (4 Gb). Mikroprosesor 80486 adalah hasil pengembangan dari mikroprosesor 80386, dengan prosesor tambahan Co-Processor, untuk keperluan arithmatika, dan 8 Kb internal cache memory. Mikroprosesor 80386 mengeksekusi sebagian besar instruksinya dalam 2 clock, sedang 80486 dalam 1 clock. Generasi berikutnya dari Intel Corp adalah Pada kecepatan awal (6 MHz) berunjuk kerja empat kali lebih baik dari 8086 pada 4.77 MHz. Belakangan diperkenalkan dengan kecepatan clock 8, 10,dan 12 MHz yang digunakan pada IBM PC-AT (1984). Pembaharuan yang lain ialah kemampuan untuk bekerja pada protected mode/mode perlindungan – mode kerja baru dengan “24 bit virtual address mode”/mode pengalamatan virtual 24 bit, yang menegaskan arah perpindahan dari DOS ke Windows dan multitasking. Tetapi anda tidak dapat berganti dari protected kembali ke real mode / mode riil tanpa mere-boot PC, dan sistem operasi yang menggunakan hal ini hanyalah OS/2 saat itu.  mikroprosesor Pentium, Pentium II dan seterusnya.

 G. Microprocessor (1992)

      Yang menjadi alasan mengapa perlu processor 64-bit adalah karena ruang pengalamatan mereka yang besar. Mikrprocessor 32-bit mempunyai akses RAM maksimum 2 GB atau 4 GB. Limit 4 GB bisa menjadi masalah berat bagi mesin server dan mesin yang  menjalankan database besar.   Bahkan komputer rumahan dalam waktu singkat mungkin akan terbentur dengan limit 2 GB atau 4 GB jika trend terus berlanjut. Chip 64-bit tidak mempunyai batasan ini karena ruang alamat 64-bit pada dasarnya tak terhingga untuk beberapa tahun mendatang – RAM 264 byte adalah sama dengan kira-kira RAM 18,4 miliar GB Dengan address bus 64-bit dan data bus kecepatan tinggi dan lebar pada motherboard, mesin 64-bit juga menawarkan kecepatan I/O (input/output) yang lebih tinggi untuk hard disk dan kartu grafis. Fitur ini secara signifikan dapat meningkatkan kinerja sistem.Server tentunya bisa mendapatkan keuntungan dari chip 64-bit, dengan adanya chip 64-bit ini dapat memroses data dengan cepat. Mereka yang melakukan video editing dan image editing pada gambar yang sangat besar bisa mendapatkan keuntungan dari tenaga komputasi sebesar ini

  Dulu ukuran kecepatan CPU adalah clock speed (GHz), contoh: 3GHz lebih cepat dari 2GHz CPU. Semakin tinggi clock speed berarti CPU mampu memproses instruksi komputer semakin cepat. Sekarang ukuran kecepatan tidak hanya tergantung dari clock speed saja. Faktor lain yang mempengaruhi kecepatan adalah:

  1. Dual-Core : mampu memproses beberapa aplikasi secara paralel.

  2. Hyper-Threading (HT) : memungkinkan 2 pekerjaan untuk dijalankan pada saat yang sama (paralel).

  3. L2 Cache : memori kecepatan tinggi tempat menyimpan data yang sering dipakai oleh CPU.

4. Front Side Bus : mempengaruhi kecepatan data transfer dari CPU ke RAM dan graphics card dan sebaliknya.

  5. Execute Disable Bit : menurunkan ancaman sekuriti dari virus seperti memory buffer overflow dimana aplikasi anti-virus tidak bisa menanggulangi.

  6. Enhanced Intel SpeedStep : menyediakan kemampuan yang maksimal jika diperlukan dan mengurangi jika tidak.

  7.  Extended Memory 64 (64-bit) : sistem dengan 32-bit CPU mempunyai maksimum kapasitas 4GB untuk RAM.

Merek dan Jenis Intel CPU:

a. Core 2 Extreme

b. Core 2 Quad

c. Core 2 Duo

d. Core Duo

e. Core Solo

f. Pentium Extreme

g. Pentium D

h. Pentium 4

i. Pentium M

j. Mobile Pentium 4

k. Celeron D

l. Celeron M

m. Xeon

n. Itanium 2

  Ukuran Register dan Padanan Microprosesor

 

  Ringkasan Perkembangan Prosesor Intel :

Ø8080 (1974) 6000 6 2 MHz 8 0,64

Ø8088 (1979) 29.000 3 5 MHz 16 bits, 8 bit bus 0,33

Ø80286 (1982) 134.000 1,5 6 MHz 16 bits 1

Ø80386 (1985) 275.000 1,5 16 MHz 32 bits 5

Ø80486 (1989) 1.200.000 1 25 MHz 32 bits 20

ØPentium (1993) 3.100.000 0,8 60 MHz 32 bits, 64 bit 100

ØPentium II (1997) 7.500.000 0,35 233 MHz 32 bits, 64 bit bus 400

ØPentium III (1999) 9.500.000 0,25 450 MHz 32 bits, 64 bit bus 1.000

  Register

  Dalam prosesor ada satu set register yang berfungsi sebagai tingkat memori atas memori utama dan cache dalam hirarki / register tersebut dalam prosesor melakukan dua peran. Dua peran tersebut, yaitu :

  1. User Visible register : register yang isinya dapat diketahui oleh pemrogram, register ini juga dapat meminimalkan referensi ke main memory

  2. Control and Status register : register yang digunakan olehCU, kontrol operasiCPU dan oleh sistem operasi untuk kontrol eksekusi program.

 

 1. User Visible Register

  Terlihat pengguna register dapat

     dikategorikan ke kategori berikut :

ØGeneral Purpose (Tujuan Umum)

ØData (data)

ØAddress (alamat)

ØCondition codes (Kode kondisi)

Banyak prosesor termasuk register atau kumpulan register yang dikenal sebagai kata status program ( PSW ) yang berisi informasi status . Beberapa bidang umum termasuk

ØSign

Ø Zero

ØCarry

Ø Equal

ØOverflow

ØInterrupt Enable/Disable

ØSupervisor

 

    

 Siklus Instruksi

 Siklus instruksi meliputi subsiklus-subsiklus :

Ø Fetch: membaca instruksi berikutnya dari memory ke dalamCPU

Ø Execute: Menginterpretasi opcode dan melakukan operasi yang diindikasikan

ØDecode : Tahap menterjemahkan instruksi ke dalam perintah – perintah yang dapat dimengerti oleh komputer.

3.Fetching 

  Arti kata fetch dalam bahasa Indonesia adalah menjemput. Sebagai salah satu operasi yang terjadi pada CPU, fetch merupakan peristiwa pengambilan perintah dan data yang diperlukan. Fetch merupakan proses mengambil atau membawa instruksi dari memori utama ke CPU. Istilah fetch ini disebut juga dengan instruction fetch, fetch phase, fetch cycle, atau instruction cycle. Operasi fetch ini selalu yang pertama dilakukan oleh CPU terutama untuk mendapatkan informasi atau data tentang instruksi yang dikerjakannya. Pertama kali yang dilakukan mengambil instruksi dan data dari luar chip, biasanya dari DRAM