CARA
CPU BEKERJA
Central Processing Unit (CPU): otak yang ada didalam sebuah PC yang
memproses data serta unit yang menentukan kekuatan dan harga dari sebuah
komputer.
Dalam setahun ke belakang, kecepatan CPU meningkat drastis dari 600 MHz menjadi
1 GHz, dan baru-baru ini Intel mengumumkan telah mengapalkan Pentium III 1,13
GHz. Pada akhir tahun ini diperkirakan kecepatan di atas 1,5 GHz akan
terlampaui, menandakan perlombaan CPU tercepat telah dimulai. Ini ada sebuah
tip: Kinerja CPU di PC Anda tidak hanya ditentukan oleh angka megahertz atau
gigahertz yang banyak diiklankan perakit PC di majalah atau Internet. Dengan
peningkatan kecepatan chip dan aplikasi yang membutuhkan tenaga yang lebih
besar,
Yang Anda perlu ketahui:
· Sebuah CPU melakukan tiga tugas utama: Membaca data, memproses data, dan
biasanya menulis data ke memori.
· Kecepatan kasar (raw speed) diukur dalam skala megahertz, tetapi bagian
lainnya seperti desain arsitektur chip juga menentukan kinerja dari CPU
tersebut.
· Chip yang Anda inginkan dalam PC Anda tergantung pada berapa banyak yang akan
Anda keluarkan dan untuk apa Anda menggunakan PC tersebut.
<<Membangun Blok>>
Sebelum Anda mengerti bagaimana sebuah CPU bekerja, Anda perlu mengetahui
bagaimana sebuah CPU dibuat. Sebuah CPU terdiri dari jutaan transistor
mikroskopis yang melalui pemrosesan secara kimiawi dan photolithografis untuk
menjadi sebuah cetakan silikon yang besarnya tidak lebih dari ibu jari Anda.
Transistor kecil mungil itu menyimpan pulsa elektrik yang memberikan nilai satu
atau nol, yang membentuk sistem bahasa binari yang digunakan komputer untuk
berkomunikasi. Grup transistor tersebut saling terhubungkan untuk menyimpan
nilai-nilai; mereka juga melakukan kalkulasi logika dan matematika, dan dengan
bantuan sebuah jam kristal kuartz, mereka melakukan fungsinya seperti layaknya
pendayung perahu naga yang mendayung secara tersinkronisasi. Dengan kata lain,
mereka dapat memproses data.
<<Proses Sebuah CPU>>
Sebuah CPU memproses informasi yang disimpan dalam bentuk byte di memori.
Informasi tersebut dapat berupa data atau instruksi. Data adalah bentuk biner
dari sebuah huruf, sebuah angka, atau sebuah warna. Sebuah instruksi
memberitahu CPU apa yang harus dilakukan terhadap data tersebut, sebagai
contoh: menambahkannya, membaginya, atau memindahkannya
CPU akan melakukan tiga operasi utama terhadap data tersebut: membacanya,
memanipulasi (memproses) data tersebut, dan seringkali menuliskannya ke dalam
memori. Pada tingkat yang lebih sederhana, CPU hanya memerlukan empat elemen
untuk melakukan operasi terhadap datanya: instruksi, penunjuk instruksi,
beberapa register, dan sebuah aritmethic logic unit.
Penunjuk instruksi akan memberitahu CPU dimana instruksi tersebut diletakkan di
memori saat dibutuhkan untuk menjalankan aplikasi.
Register adalah tempat penyimpanan sementara di CPU. Sebuah register menyimpan
sebuah data yang menunggu untuk diproses oleh sebuah instruksi, atau sebuah
data yang telah diproses (misalkan, hasil dari penambahan dua angka sekaligus).
Unit logika aritmatika (arithmetic logic unit/ALU) berfungsi sebagai
kalkulatornya CPU, bekerja dengan fungsi matematika dan logika yang
diperintahkan oleh set instruksi.
CPU terdiri atas beberapa bagian tambahan yang membuat bagian dasar CPU bekerja
sebagaimana mestinya:
· Fetch instruksi mengambil instruksi dari RAM atau bagian dari memori yang
terletak di CPU.
· Dekoder instruksi mengambil instruksi dari fetch dan menerjemahkannya
sehingga CPU mengerti. Dekoder ini menentukan langkah selanjutnya yang harus
dilakukan untuk menyelesaikan instruksi tersebut.
· Unit kontrol akan mengatur dan mengkoordinasikan seluruh operasi chip. Unit
ini akan memberitahu ALU kapan untuk melakukan kalkulasi, kemudian memberitahu
fetch kapan untuk mengambil sebuah nilai, dan memberitahu dekoder kapan untuk
menerjemahkan nilai tersebut menjadi sebuah instruksi.
<<Menjejak Sebuah
Instruksi>>
Beginilah caranya CPU melakukan tugasnya: penunjuk instruksi mengarahkan
fetch instruksi ke sebuah spot di memori yang menampung sebuah instruksi. Fetch
kemudian menangkap instruksi tersebut dan memberikannya ke dekoder instruksi,
kemudian mengamati instruksi tersebut dan menentukan langkah selanjutnya untuk
melengkapi instruksi tersebut (sebuah instruksi dapat terdiri dari rangkaian
langkah yang harus dilengkapi dalam urutan tertentu).
ALU kemudian mengerjakan perintah yang diminta instruksi: menambah data,
membagi data, atau memanipulasi data yang ada. Setelah CPU menerjemahkan dan
mengerjakan instruksi, unit kontrol memberitahukan fetch instruksi untuk
menangkap instruksi berikutnya di memori. Proses ini berlangsung terus
menerus--dari satu instruksi ke instruksi berikutnya, dalam suatu langkah yang
rumit--untuk menciptakan hasil yang dapat Anda lihat di monitor. Itulah
kerjanya sebuah program
seperti pengolah kata: sebuah seri instruksi-instruksi dan data-data.
Untuk meyakinkan semua itu berjalan dalam satu kesatuan waktu, bagian itu
memerlukan suatu clock generator. Clock generator meregulasi setiap langkah
yang dikerjakan CPU. Seperti sebuah metronome, sebuah clock generator mengirim
pulsa-pulsa elektrik untuk menentukan langkah CPU. Pulsa tersebut diukur dalam
jutaan langkah per detik, atau megahertz, yang Anda kenal sebagai ukuran
kecepatan CPU. Semakin banyak pulsa dibuat, semakin cepat CPU bekerja. Dalam
keadaan ideal, seharusnya sebuah CPU berkecepatan 700 MHz bekerja lebih cepat
dibanding CPU 600 MHz, tetapi tambahan dan variasi pada basis CPU dapat membuat
angka-angka tersebut tidak berarti.
<<Meningkatkan Basis
CPU>>
Sebuah CPU hanya memerlukan sedikit bagian untuk melakukan tugasnya, tetapi
desain dasar tersebut telah dimodifikasi selama bertahun-tahun untuk
meningkatkan kinerja secara keseluruhan. Tujuan utama peningkatan tersebut
sama: memproses data lebih cepat.
Sambil mencari cara untuk meningkatkan kecepatan pemrosesan, pembuat chip
menyadari bahwa CPU tidak melakukan pemrosesan selama mereka melakukan fetching
untuk sebuah instruksi atau data dari RAM sistem. Untuk mereduksi downtime
tersebut, mereka menempatkan sebuah area penyimpanan, yang dikenal sebagai
cache, dalam sebuah CPU. Data dan instruksi dapat ditempatkan sementara di CPU
itu sendiri, mengurangi perjalanan data atau instruksi dari RAM.
Menambah ide penyediaan cache, pembuat sistem menempatkan RAM berkecepatan
tinggi (dan mahal)--yang dikenal sebagai cache tingkat 2 atau L2 cache--antara
cache CPU tingkat satu dan RAM sistem. Semakin dekat ke CPU berarti semakin
pendek jarak yang harus ditempuh ke RAM sistem. Cache sekunderi ini sangat
bermanfaat untuk meningkatkan kinerja sehingga semakin banyak prosesor yang
mengintegrasinya ke dalam CPU-nya itu sendiri, menciptakan lebih banyak ruang
untuk menyimpan data dan instruksi.
<<Lebih banyak
ALU dan Sebuah FPU>>
Untuk meningkatkan kinerja kalkulasi, pembuat chip menempatkan sebuah unit
aritmetik logika (arithmetic logic unit/ALU) di dalam CPU. Secara teoritis ini
berarti pemrosesan dapat dilakukan dua kali lebih cepat dalam satu langkah.
Menggunakan multiple ALU akan tampak seperti menambah tukang kayu lagi dalam
membuat lemari dapur, yang berarti mempercepat penyelesaian pekerjaan.
Sebagai tambahan multiple ALU, Intel mengintegrasikan floating point unit ke
dalam CPU. FPU ini menangani angka dari yang paling besar hingga yang paling
kecil (yang memiliki banyak angka di belakang koma). Sementara FPU menangani
kalkulasi semacam itu, ALU menjadi bebas untuk melakukan tugas lain dalam waktu
yang bersamaan, untuk meningkatkan kinerja.
Advanced Micro Devices dan Intel juga menambah kecepatan pemrosesan instruksi
dengan melakukan pipelining instruksi, atau menjalankan instruksi secara
paralel satu dengan lainnya. Eksekusi dari sebuah instruksi memerlukan langkah
yang terpisah--sebagai contoh, fetching dan dekoding sebuah instruksi.
Sebenarnya CPU harus menyelesaikan sebuah instruksi secara keseluruhan sebelum
melanjutkan ke instruksi berikutnya. Sekarang sirkuit yang berbeda menangani
langkah yang terpisah tersebut.
Begitu sebuah instruksi telah selesai dalam satu langkah untuk dilanjutkan ke
langkah berikutnya, transistor yang mengerjakan langkah pertama bebas untuk
mengerjakan instruksi berikutnya, sehingga akan mempercepat kerja pemrosesan.
Ini mirip dengan mendaki tangga: begitu kaki Anda meninggalkan sebuah anak
tangga, orang yang di belakang Anda dapat menggunakannya untuk dinaiki.
Sebagai tambahan untuk meningkatkan kinerja adalah memprediksi cabang-cabang
instruksi, yaitu memperkirakan lompatan yang akan dilakukan sebuah program
dapat dilakukan; eksekusi secara spekulatif, yaitu mengeksekusi cabang
instruksi yang ada di depat; dan penyelesaian tanpa mengikuti urutan, yakni
kemampuan untuk menyelesaikan sebuah seri instruksi tidak berdasarkan urutan
normal.
Perubahan-perubahan tersebut membuat peningkatan kecepatan clock, seperti
lompatan hingga 1 GHz pada bulan Februari lalu, bukan lagi menjadi keutamaan
kinerja. Tes yang dilakukan oleh majalah komputer PC World menunjukkan bahwa
lompatan kecepatan bukan lagi menjadi hal utama dalam peningkatan kinerja,
terutama pada aplikasi perkantoran, yang sangat tergantung pada kecepatan hard
drive dan jumlah serta kecepatan RAM sistem.
<<CPU dalam PC Anda>>
Dua pemain mendominasi pasar CPU PC: Intel (www.intel.com), yang menguasai
80 persen pangsa pasar PC rumah dan bisnis, dan Advanced Micro Devices
(www.amd.com). Kedua perusahaan tersebut membuat model untuk mesin-mesin
high-end, midrange, dan low-end. Perusahaan lain juga memproduksi CPU, seperti
Motorola PowerPC 750 (www.mot-sps.com), yang memberi tenaga untuk
komputer-komputer Macintosh.
AMD Athlon dan Intel Pentium III saling berbagi pasar untuk CPU bertenaga lebih
yang menjalankan sistem operasi Microsoft Windows. Keduanya hampir seimbang
dalam desain dan performa, termasuk peningkatan kinerja untuk menjalankan
software game 3D dan CAD (computer aided design).
CPU high-end dari Intel dan AMD banyak terdapat pada berbagai jenis PC, dari
sistem rumahan kelas menengah (antara 600 hingga 850 MHz) hingga workstation
rekayasa industri dan sistem multimedia high-end yang paling mahal (dari 866
MHz ke atas). Untuk model terbaru, PC dengan CPU ini harganya berkisar antara
$200 hingga $1000.
Untuk kelas high-end, PC dengan chip 1 GHz akan berharga $2700 hingga $3300,
tergantung pada komponen yang ditawarkan oleh perakit PC. Untuk sistem kelas
menengah, yang menggunakan chip AMD atau Intel berkecepatan 600 hingga 850 MHz
harganya sekitar $900 hingga $1600.
Chip berharga ekonomis (di bawah $150) biasanya berjalan dengan kecepatan clock
lebih rendah dari Athlon dan P-III, cache yang lebih sedikit atau lebih lambat,
dan memiliki peningkatan kinerja yang lebih kecil. AMD K6-III dan K6-2 serta
Intel Celeron ditujukan untuk PC-PC dengan harga kurang dari $1000.
Komputer portabel biasanya tidak menawarkan CPU tercepat yang ada. Sebuah
desain desktop dirancang untuk menahan panas yang lebih tinggi dibanding sebuah
laptop, yang berarti laptop harus menggunakan CPU yang lebih lambat dan kurang
bertenaga. Prosesor yang lebih cepat juga membutuhkan daya yang lebih besar
juga, yang mengakibatkan umur pakai tenaga baterei juga berkurang. Saat ini,
portabel tercepat yang tersedia di pasaran adalah 700 MHz, tapi tampaknya
dengan desain yang baru, kecepatan tersebut akan segera bertambah.
<<Di Masa Depan>>
Pembuat CPU selalu mencari cara untuk meningkatkan performa. Baru-baru ini
mereka telah mengganti sistem fabrikasi dari 0.25 mikron ke 0.18 mikron, yang
memungkinkan celah yang lebih sempit dalam menempatkan transistor yang lebih
kecil, sehingga memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi dan panas yang lebih
kecil untuk desain arsitektur yang sama. Tambahan lain, interkoneksi antar
transistor menggunakan alumunium telah digantikan dengan tembaga, yang
mengkonduksikan listrik lebih baik dibanding alumunium.
Tetapi perbaikan ini tidak berarti perlombaan penambahan kecepatan akan
berakhir. Intel telah mengumumkan chip Willamette (alias Pentium-4), yang akan
berjalan dengan kecepatan 1,5 GHz dan akan tersedia pada akhir tahun ini.
Sementara kompetitornya, AMD, juga akan terus menempel ketat pada perlombaan
tersebut.
Sumber :
http://www.infokomputer.com
