Prosesor Mikro, Arsitektur Komputer dan Desain CPU

1. MIKRO PROCESSOR

mikroprosesor adalah sebuah IC (Integrated Circuit) yang digunakan sebagai otak/pengolah utama dalam sebuah sistem komputer.

Mikroprosesor merupakan hasil dari pertumbuhan semikonduktor.
Pertama kali MIkroprosesor dikenalkan pada tahun 1971 oleh Intel Corp,
yaitu Mikroprosesor Intel 4004 yang mempunyai arsitektur 4 bit.
Dengan penambahan beberapa peripheral (memori, piranti I/O, dsb) Mikroprosesor 4004 di ubah menjadi komputer kecil oleh intel.

Kemudian mikroprosesor ini di kembangkan lagi menjadi 8080 (berasitektur 8bit), 8085, dan kemudian 8086 (berasitektur 16bit).
Dilaen pihak perusahaan semikonduktor laen juga memperkenalkan dan mengembangkan mikroprosesor antara lain Motorola dengan M6800, dan Zilog dengan Z80nya.
Mikroprosesor Intel yang berasitektur 16 bit ini kebanyakan di akhiri oleh angka 86,
akan tetapi karena nomor tidak dapat digunakan untuk merek dagang mereka menggantinya dengan nama pentium untuk merek dagang Mikroprosesor generasi kelima mereka.
Arsitektur ini telah dua kali diperluas untuk mengakomodasi ukuran word yang lebih besar.
Di tahun 1985, Intel mengumumkan rancangan generasi 386 32-bit yang menggantikan rancangan generasi 286 16-bit.
Arsitektur 32-bit ini dikenal dengan nama x86-32 atau IA-32 (singkatan dari Intel Architecture, 32-bit). Kemudian pada tahun 2003, AMD memperkenalkan Athlon 64, yang menerapkan secara lebih jauh pengembangan dari arsitektur ini menuju ke arsitektur 64-bit, dikenal dengan beberapa istilah x86-64, AMD64 (AMD), EM64T atau IA-32e (Intel), dan x64 (Microsoft).

• KEGUNAAN PROCESSOR

Processor merupakan otak dan pusat pengendali computer yang didukung oleh kompunen lainnya.
Processor adalah Sebuah IC yang mengontrol keseluruhan jalannya sebuah sistem komputer.
Processor digunakan sebagai pusat atau otak dari komputer yang berfungsi untuk melakukan perhitungan dan menjalankan tugas.
Prosesor adalah chip yang sering disebut “Microprosessor” yang sekarang ukurannya sudah mencapai gigahertz. Ukuran tersebut adalah hitungan kecepatan prosesor dalam mengolah data atau informasi. Merk prosesor yang banyak beredar dipasatan adalah AMD, Apple, Cyrix VIA, IBM, IDT, dan Intel. Bagian dari Prosesor Bagian terpenting dari prosesor terbagi 3 yaitu :
* Aritcmatics Logical Unit (ALU)
* Control Unit (CU)
* Memory Unit (MU)

       2.  Arsitekur Komputer

arsitektur komputer adalah konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer. Arsitektur komputer ini merupakan rencana cetak-biru dan deskripsi fungsional dari kebutuhan bagian perangkat keras yang didesain (kecepatan proses dan sistem interkoneksinya). Dalam hal ini, implementasi perencanaan dari masing–masing bagian akan lebih difokuskan terutama, mengenai bagaimana CPU akan bekerja, dan mengenai cara pengaksesan data dan alamat dari dan ke memori cache, RAM, ROM, cakram keras, dll). Beberapa contoh dari arsitektur komputer ini adalah arsitektur von Neumann, CISC, RISC, blue Gene, dll.
Arsitektur komputer juga dapat didefinisikan dan dikategorikan sebagai ilmu dan sekaligus seni mengenai cara interkoneksi komponen-komponen perangkat keras untuk dapat menciptakan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja, dan target biayanya.
Arsitektur komputer ini paling tidak mengandung 3 sub-kategori:

• Set instruksi (ISA)
• Arsitektur mikro dari ISA, dan
• Sistem desain dari seluruh komponen dalam perangkat keras komputer ini.

       3.  Desain CPU

Central Processing Unit (CPU) yaitu perangkat keras komputer yang memahami dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak. Istilah lain, 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.

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 keyboard, pemindai, tuas kontrol, maupun mouse. CPU dikontrol menggunakan sekumpulan instruksi perangkat lunak komputer. Perangkat lunak tersebut dapat dijalankan oleh CPU dengan membacanya dari media penyimpan, seperti hard disk, 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.

Komponen CPU terbagi menjadi beberapa macam, yaitu sebagai berikut.

• Unit kontrol yang mampu mengatur jalannya program. Komponen ini sudah pasti terdapat dalam semua CPU. CPU bertugas mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antarkomponen dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya. 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.
• 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.

• 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.

Langkah-langkah yang dilakukan dalam suatu proses desain CPU:

1. Mendeskripsikan RTN

Pada tahap ini setiap instruction set didefinisikan secara jelas dengan menggunakan register transfer notation.

2. Menentukan Data Path

Data path adalah koleksi/kumpulan register tambahan dan register penghubung yang diperlukan dalam proses pengeksekusian suatu instruksi, yang termasuk dalam instruction set, secara keseluruhan. Pada tahap menentukan data path ini, penggunaan RTN akan sangat diperlukan untuk menjelaskan langkah-langkah yang terjadi dalam proses pengeksekusian masing-masing instruksi. Pada tahap ini kita juga harus membuat asumsi tentang bagaimana komponen-komponen hardware bekerja. Kumpulan asumsi-asumsi yang dibuat akan dijadikan spesifikasi bagi disain logika dari perangkat keras data path.

3. Mendesain perangkat keras, sesuai dengan spesifikasi data path
   Untuk melaksanakan tahap ini, desainer harus memikirkan sinyal-sinyal kontrol yang harus di-generate agar suatu langkah dalam urutan proses pengeksekusian suatu instruksi dapat berlangsung, seperti "strobe" untuk me-load register ke bus, dsb.

4. Membuat Control Unit

Membuat Control Unit yang akan menghasilkan dan mengatur sinyal-sinyal kontrol dalam urutan yang tepat sehingga langkah-langkah dalam urutan proses pengeksekusian instruksi dapat berlangsung dengan benar.

Hal yang harus dipahami dan diingat dengan baik dalam keseluruhan proses desain CPU adalah bahwa setiap langkah menghasilkan spesifikasi-spesifikasi yang harus dipenuhi pada langkah selanjutnya.

Konsep awal yang sangat penting adalah perbedaan antara abstract RTN dan concreate RTN:

• Abstarct RTN menjelaskan perubahan pada programmer-visible registers yang disebabkan oleh pengeksekusian suatu instruksi.
• Concreate RTN menjelaskan secara detail langkah-langkah register transfer yang terjadi pada data path sehingga menghasilkan perubahan pada programmer-visible registers secara keseluruhan.

 Unit kerja dari suatu abstract RTN adalah eksekusi instruksi, sementara langkah-langkah pada concreate RTN berhubungan dengan pulsa clock prosesor.

  http://techcoding.wordpress.com/sejarah-mikro-processor/
http://id.wikipedia.org/wiki/Arsitektur_komputer 
http://id.wikipedia.org/wiki/Unit_Pemroses_Sentral
http://arkom.isiomas.com/index.php?itemid=4

Perbedaan Antara CISC Dan RISC

CISC dimaksudkan untuk meminimumkan jumlah perintah yang diperlukan untuk mengerjakan pekerjaan yang diberikan. (Jumlah perintah sedikit tetapi rumit). Konsep CISC menjadikan mesin mudah untuk diprogram dalam bahasa rakitan, tetapi konsep ini menyulitkan dalam penyusunan compiler bahasa pemrograman tingkat tinggi. Dalam CISC banyak terdapat perintah bahasa mesin. Tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu perintah cukup dengan beberapa baris bahasa mesin sedikit mungkin. Hal ini bisa tercapai dengan cara membuat perangkat keras prosesor mampu memahami dan menjalankan beberapa rangkaian operasi.

Sedangkan RISC menyederhanakan rumusan perintah sehingga lebih efisien dalam
penyusunan kompiler yang pada akhirnya dapat memaksimumkan kinerja program yang ditulis dalam bahasa tingkat tinggi. Arsitektur RISC banyak menerapkan proses eksekusi pipeline. Meskipun jumlah perintah tunggal yang diperlukan untuk melakukan pekerjaan yang diberikan mungkin lebih besar, eksekusi secara pipeline memerlukan waktu yang lebih singkat daripada waktu untuk melakukan pekerjaan yang sama dengan menggunakan perintah yang lebih rumit. Mesin RISC memerlukan memori yang lebih besar untuk mengakomodasi program yang lebih besar. IBM 801 adalah prosesor komersial pertama yang menggunakan pendekatan RISC. Prosesor RISC hanya menggunakan instruksi-instruksi sederhana yang bisa dieksekusi dalam satusiklus.

            Cara sederhana untuk melihat kelebihan dan kelemahan dari arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computers) adalah dengan langsung membandingkannya dengan arsitektur pendahulunya yaitu CISC (Complex Instruction Set Computers).

Ciri-ciri RISC :
• Instruksi berukuran tunggal Ukuran yang umum adalah 4 byte
• Jumlah mode pengalamatan data yang sedikit, biasanya kurang dari lima buah
• Tidak terdapat pengalamatan tak langsung
• Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika (misalnya, penambahan dari memori, penambahan ke memori.

           Saat ini, hanya Intel x86 satu-satunya chip yang bertahan menggunakan arsitektur CISC. Hal ini terkait dengan adanya kemajuan teknologi komputer pada sektor lain. Harga RAM turun secara dramatis. Pada tahun 1977, DRAM ukuran 1MB berharga %5,000, sedangkan pada tahun 1994 harganya menjadi sekitar $6. Teknologi kompailer juga semakin canggih, dengan demikian RISC yang menggunakan RAM dan perkembangan perangkat lunak menjadi semakin banyak ditemukan.

             Diantara kelebihan dan kekurangan dari arsitektur RISC dan arsitektur CISC sampai sekarang masih menjadi sebuah perdebatan. Ada juga teknologi yang menggabungkan kedua arsitektur tersebut, contohnya : Prosesor Intel dan AMD yang dijual secara komersil sekarang adalah pengembangan dari prosesor x86 yang menggunakan basis prosesor CISC. Lucunya, instruksi set yang didukung oleh kedua prosesor tersebut menggunakan instruksi RISC yang lebih efisien dalam menangani data.

http://jarkomdatayufatimah.blogspot.com/2011/07/arsitektur-komputer-risc-dan-cisc.html