Prosesor DLX

A. Pengertian Prosesor

Processor sering disebut sebagai otak dan pusat pengendali komputer yang didukung oleh komponen 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. Processor adalah chip yang sering disebut “Microprosessor” yang sekarang ukurannya sudah mencapai Gigahertz (GHz). Ukuran tersebut adalah hitungan kecepatan processor dalam mengolah data atau informasi. Merk processor yang banyak beredar dipasatan adalah AMD, Apple, Cyrix VIA, IBM, IDT, dan Intel. Bagian terpenting dari processor terbagi 3 yaitu :

1. Aritcmatics Logical Unit (ALU)

2. Control Unit (CU)

3. Memory Unit (MU)

B. Pengertian Processor DLX

Prosesor DLX adalah prosesor dengan tujuan umum (general purpose prosessor) yang dirancang oleh John Hennssy dan David Peterson (desainer utama dari MIPS dan RISC Berkeley, dua contoh Benchmark desain RISC) dalam bukunya “Computer Architecture A Quantitative Approach” pada tahun 1996. Prosesor DLX pada dasarnya adalah versi sederhana dari arsitektur MIPS dan sangat mirip dengan itu, dengan 32-bit sederhana load arsitektur. Arsitektur dan instruksinya tidak terlalu rumit tapi sudah mewakili komputer modern yang lengkap. Prosesor DLX adalah prosesor yang bertipe-RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang memiliki 32 buah register dengan masing-masing panjangnya 32 bit. Dua buah register mempunyai fungsi khusus, yaitu register 0 selalu bernilai nol. Register ini digunakan sebagai operand sumber jika memerlukan nilai nol. DLX juga memiliki program counter dengan panjang 32 bit.

C. Kegunaan Prosesor DLX

Prosesor DLX merupakan salah satu prosesor modern yang digunakan untuk pembelajaran di perguruan tinggi. Prosesor ini juga disebut prosesor Delux dan memberikan gambaran yang lebih menyeluruh tentang suatu prosesor modern. Bagian penting yang dipelajari prosesor ini adalah jalur data, instruksi, dan bagian kendali.

D. Arsitektur Prosesor DLX

Prosesor DLX menggunakan arsitektur ambil-simapan (load-store) dengan lima tahap pipeline (seperti desain MIPS ) untuk meneyelesaikan suatu instruksi. Kelima tahap tersebut adalah: Instruction Fetch (IF), Instruction Decode (ID), Execute (EX), Memory Access (MEM), dan Write Back (WB). Manfaat dari rancangan ini adalah ketika proses fetch instruksi dari memori akan lebih mudah. Pengambilannya pun dilakukan dengan membaca 4-byte data dalam memory.

Tahapan pipeline

1. IF - Instruksi Fetch unit

Biasanya disebut sebagai "unit beban" dalam terminologi modern. Instruksi yang ditunjuk oleh PC diambil dari memori ke register instruksi CPU, dan PC bertambah untuk menunjuk ke instruksi berikutnya dalam memori.

2. ID - Instruksi Decode unit

Unit ini mendapat instruksi dari IF, dan ekstrak opcode dan operand dari instruksi. Instruksi yang diterjemahkan, dan pada paruh kedua dari tahap Operand ditransfer dari register file ke input ALU register. Ini juga mengambil nilai-nilai mendaftar jika diminta oleh operasi

3. EXE – Excute (Pelaksanaan) unit

Menjalankan instruksi, biasanya disebut sebagai ALU dalam terminologi modern.

Logika dan operasi aritmatika yang dijalankan pada operand yang berasal dari ID stage. Hasil dari operasi dapat menjadi nilai yang akan ditulis kembali dalam register file atau alamat dari data memori untuk diakses pada tahap berikutnya.

4. MEM - Memory unit akses

Unit yang MEM menjemput data dari memori utama, di bawah kontrol instruksi dari ID dan EX.

Data memori diakses (baik membaca atau menulis).

5. WB – Write Back unit

Biasanya disebut sebagai “load-store” dalam terminologi modern. Pada tahapan ini, disediakan saluran bagi DLX sehingga dapat menyimpan kembali register untuk tahap eksekusi (EX). Hal ini dapat mempercepat pelaksanaan operasi register ke register oleh ALU yang berada dalam tahap eksekusi.

Lima komponen utama prosesor DLX masing-masing memiliki fungsi yang berbeda yaitu :

1. PC (Program Counter) : register yang berfungsi menampung nilai yang digunakan untuk meniunjuk alamat instruksi yang akan dieksekusi. Register ini merupakan offset dari alamat dasar instruksi sekaligus data.

2. Memori : terdiri dari dua bagian yaitu memori untuk instruksi yang berisi kumpulan seluruh instruksi dan memori untuk data yang berfungsi untuk menyimpan data.

3. Register : kumpulan register 32 bit tempat menyimpan nilai semsntara.

4. ALU (Arithmatic and Logical Unit) : tempat dilakukannya operasi aritmatika dan logic.

5. Unit Kendali (Control Unit) : unit kendali terdiri dari dua bagian yaitu register instruksi (instruction register): register tempat menyimpan sementara instruksi, dan pengendali (controller): bagian yang menerjemahkan instruksi dan mengeluarkan set kendali pada seluruh register untuk menjalankan suatu instruksi.

Prosesor ini merupakan prosesor dengan sistem yang berorientasi pada 32-bit word. Maksudnya adalah CPU mengandung ALU 32-bit, 32 buah Register dengan panjang 32 bit dalam register file, tiga buah bus 32-bit, register khusus masing-masing 32-bit (PC, IR, MAR, MDR, IAR, TEMP) dan tiga buah register (A,B dan C).

E. Karakteristik Prosesor DLX

Secara umum prosesor DLX memiliki karakteristik yang dapat dibedakan dari prosesor lain :

1.Perangkat instruksi ambil/simpan (Load/Store) sederhana.

2.Memiliki teknik pipeline untuk meningkatkan kinerjanya.

3.Memiliki register file yang dapat digunakan untuk tujuan umum.

4.Skema penerjemahan instruksi yang sederhana.

5.Teknik kompilasi yang efisien.

Kelas instruksi dalam prosesor DLX antara lain :

1.Instruksi yang mengacu memori (Load/Store)

Setiap dari GPRS atau FPRs dapat dimuat dan disimpan kecuali bahwa pemuatan R0 tidak memiliki pengaruh.

2.Instruksi aritmatik dan logika (ALU )

Operasi adalah : Menambahkan, Mengurangkan, AND, OR, XOR, dan Shift. Bandingkan instruksi dua register (=,!=,<,>,=<,=>). Jika kondisi benar, menempatkan petunjuk ini 1 dalam register tujuan, kalau tidak, mereka menempatkan sebuah 0.

3.Instruksi lompat dan pencabangan (Jump dan Branch) 

Kondisi cabang ditetapkan oleh instruksi, yang dapat menguji sumber mendaftar nol atau nol. Operasi Floating-Point : Menambahkan, Mengurangkan, Multiply dan Membagi.

Salah satu ciri arsitektur RISC adalah memiliki panjang instruksi yang sama. DLX memiliki panjang instruksi 32 bit dengan 5 tahapan pipeline yaitu : IF, ID, EX, MEM dan WB.

F. Format Instruksi 

Ada tiga format instruksi di DLX : Tipe-R, Tipe-I, dan Tipe-J. Semua format instruksi dibedakan oleh kode operasi (operation code-opcode), namun informasi lain dalam instruksi bervariasi menurut format.

1.Tipe-R (register)

Instruksi menetapkan tiga register pada instruksi, dua register sumber dan satu register tujuan terdapat dalam 32-bit word.

Bagian-bagian instruksi tipe-R :

•Kode opersai : 6 bit dari bit 0 – 5

•Register sumber 1 (rs1) : 5 bit dari bit 6 – 10

•Register sumber 2 (rs 2) : 5 bit dari bit 11 – 15

•Fungsi : 11 bit dari 21 - 31

2.Tipe-I (Immediate)

Instruksi membutuhkan dua register dalam sebuah intruksi yaitu satu register sumber, satu register tujuan, dan 16-bit.

Bagian-bagian instruksi tipe-I :

•Kode operasi : 6 bit dari 0 – 5

•Register sumber (rs) : 5 bit dari bit 6 – 10

•Register tujuan (rd) : 5 bit dari bit 11 - 15

•Nilai : 16 bit dari bit 16 - 31

3.Tipe-J (jump)

Instruksi hanya terdiri dari :

Kode operasi (opcode) : 6 bit dari 0 – 5

Alamat (operand) : 26 bit dari 6 – 31, yang digunakan untuk menghitung alamat tujuan.