CPU (Central Processing Unit) adalah bagian utama komputer yang berupa perangkat keras  dan merupakan “otaknya “ komputer .Fungsi CPU yang terdapat pada semua jenis computer adalah untuk memproses data-data yang dimasukan lewat papan ketik dan ditampilkan lewat layar monitor.

Perkembangan CPU dibagi beberapa Periode :

1.      Generasi Pertama

ENIAC(Electrical Numeric Intregrator  and Computer) yang diproduksi oleh IBM  pada tahun 1945 Adalah salah satu “moyang” computer yang ukuranya super-besar.Bayangkan saja,dengan perangkat yang terdiri dari 18.000 tabung kedap udara, dibutuhkan ruangan seluas 18×8 meter persegi untuk pengoperasianya!hampir separuh luas lapangan sepak bola.

Perkembangan CPU generasi pertama berlanjut dengan lahirnya EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer) adalah computer ukuran besar pertama yang digunakan untuk keperluan bisnis pada tahun 1951-an.

2.      Generasi Kedua

Ditemukannya transistor pada tahun 1956 menjadi awal dari revolusi computer.Transistor menggantikan tube vakum pada televise,radio,dan computer sehingga ukurannya menjadi jauh lebih kecil daripada sebelumnya.Transistor juga membuat kebutuhan listrik menjadi lebih rendah.

Pada periode ini mulai dikenal bahasa pemrograman.Dengan bahasa pemrograman,computer mulai mudah dimengerti banyak orang karena istilah yang digunakan untuk memasukan data bukan lagi angka – angka biner melainkan sudah berupa teks.

Pada masa ini,computer semakin banyak dimanfaatkan untuk kepentingan bisnis karena benda ini telah mampu menjalankan fungsi – fungsi transaksi bisnis.

3.      Generasi Ketiga

Ditemukan IC (Integrated Circuit) oleh Jack Kilby pada tahun 1960-an menjadi tonggak penanda revolusi computer,khususnya perangkat CPU.IC menutup kelemahan yang ditimbulkan oleh pemakaian transistor pada CPU yang menjadikan perangkat computer cepat panas.

Walaupun dalam banyak hal,transistor mengungguli tube vakum,namun pemakaian transistor menghasilkan panas cukup besar yang berpotensi merusak bagian – bagian dalam computer.

Batu kuarsa berhasil mengatasi masalah ini. IC memadukan tiga komponen elektronik dalam sebuah piringan silicon kecil yang terbuat dari pasir kuarsa.lalu para ilmuwan berhasil memadatkan banyak komponen CPU ke dalam satu chip tunggal yang disebut semikonduktor.

Ditemukannya system operasi sebagai bagian dari perangkat lunak juga menjadi penanda penting generasi ini.

4.      Generasi Keempat

Pembuat Chip Intel 4004 pada 1971 oleh intel membawa kemajuan cukup signifikan bagi perkembangan CPU.Saat itulah penggabungan berbagai komponen yang sebelumnya terpisah pada perangkat CPU menjadi kenyataan.Komponen – komponen seperti memori,bus,dan prosesor dapat disatukan hanya dalam satu perangkat chip yang kecil.

Komputer tidak lagi sebesar lapangan sepakbola atau seukuran gedung dan kamar.komputer berubah menjadi jauh lebih mini.maka pada awal 1970-an, mulailah computer diproduksi untuk semua kalangan,tidak hanya sebatas pada pelaku bisnis besar.

Jika sebelumnya CPU dalam sebuah computer terpisah dari layar monitor,penemuan laptop pada awal 1990-an mengubah paradigm bahwa computer harus berada pada satu tempat tertentu.Apa lagi waktu itu kebutuhan manusia akan perangkat computer yang mudah dibawa ke mana-mana mulai meningkat.maka penemuan laptop menjadi kabar yang sangat menggembirakan.Saat itulah CPU mulai terintegrasi dengan layar monitor.

Era globalisasi ditandai dengan revolusi onternet pada awal 1990.Paradigma manusia terhadap benda computer semakin fleksibel lagi.berkat teknologi internet yang memudahkan berbagai akses informasi,manusia semakin ingin berkeliling dunia.

Trend yang berkembang selanjutnya yaitu menyatunya perangkat CPU dengan monitor,yang dikenal dengan nama tablet PC.contohnya adalah Ipad.

PERKEMBANGAN ARSITEKTUR CPU

      1)      Arsitektur Mesin Analitis Babbage (1843)

Pada tahun 1843, seorang professor matematika dari Universitas Cambridge Inggris yang bernama Charles Babbage, menemukan suatu konsep pemrosesan data yang menjadi dasar kerja dan prototipe dari komputer-komputer jaman sekarang. Mesin tersebut dikenal dengan nama Babbage’s Analytical Engine.

        Babbage’s Analytical Engine

Mesin Analitis Babbage merupakan alat mekanis pertama yang mampu dipergunakan untuk menjalankan beberapa algoritma. Artinya mesin tersebut sudah dapat dipergunakan untuk berbagai keperluan. Programming mesin tersebut dilakukan langsung oleh seorang programmer yang pada waktu itu dilakukan oleh Ada Augusta Lovelace (penemu bahasa ADA sebagai bahasa pemrograman pertama di dunia).

Mesin Babbage memiliki empat blok utama dalam menjalankan fungsinya, yaitu :

• Bagian penyimpanan, memuat 1000 Word yang masing-masing terdiri dari 50 digit desimal. Bagian tersebut digunakan untuk menyimpan operand-operand matematika dari suatu perhitungan.
• Bagian pengolah, digunakan untuk melakukan pemrosesan data berdasarkan instruksi yang diberikan oleh kartu-kartu plong.
• Bagian output, terdiri dari output tercatat dan output tercetak yang digunakan untuk menyimpan serta menampilkan hasil pengolahan. Salah satu kelemahan mesin ini yang bukan merupakan konsep komputer modern adalah bahwa mesin ini belum stored program atau tidak mampu menyimpan program secara tetap.

      2)      Arsitektur Von Neumann (1952)

Mesin Von Neumann dalam hal ini mewakili mesin komputer generasi pertama yang bersifat stored program. John Von Neumann adalah seorang ahli matematika dan anggota Institute of Advance Study di Princention New Jersey yang bekerja sama dengan H.H. Goldstine dan A.W. Binks mengajukan suatu makalah yang menyarankan bahwa dalam pembuatan komputer sebaiknya menggunakan angka binary. Konsep tersebut pada akhirnya menjadi tonggak sejarah dalam terciptanya komputer digital yang akhirnya membawa Neumann pada julukan “promoter of the stored program (software) concept”.

  Non Neumann dengan mesin kebanggannya

Rancangan dasar mesin yang diberi nama IAS ini adalah konsep Neumann yang menyatakan bahwa pemrograman komputer secara langsung dengan menggunakan banyak tombol dan kabel adalah sesuatu yang melelahkan, lambat dan tidak fleksibel. Untuk itu dia berpikiran bahwa sebuah program dapat diwakili dalam bentuk digital dan tersimpan secara tetap dalam memori komputer secara bersama-sama.

Dapat diketahui bahwa mesin Neumann memiliki lima bagian utama sebagai berikut :

• Unit Input untuk membaca data dan instruksi yang diberikan.
• Main Memory terdiri dari 4096 Word satu word memuat 40 bit biner.
• Arithmetic Logic sebagai bagian yang berfungsi sebagai unit pemrosesan.
• Control Unit sebagai pengendali kerja antar komponen arsitektur.
• Unit Output untuk menampilkan hasil pengolahan data yang dilakukan ALU dan CU.

Arsitektur CPU

      Dari arsitektur mesin tersebut terlihat bahwa mesin ini sudah memiliki bagian-bagian yang menjadi prototipe komputer modern yaitu Arithmetic Logic dan Control Unit yang merupakan bagian dari Central Processing Unit.

      3)      Arsitektur Mesin Komputer Modern (1980)

Arsitektur CPU komputer modern secara umum adalah

• Arithmetic and Logic Unit (ALU) bertugas membentuk fungsi - fungsi pengolahan data komputer 
• Control Unit bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keseluruhan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi - fungsi operasinya 
• Registers adalah media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data
• 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

FUNGSI CPU

• Fungsi CPU adalah penjalankan program - program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi - instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah
• Proses Eksekusi Program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute).
• Siklus Fetch Eksekusi Program : CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori,  lalu terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC), lalu PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi dan terakhir Instruksi - instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR).

AKSI-AKSI DI DALAM CPU

• CPU - Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.
• CPU - I/0, perpindahan data dari CPU ke modul I/0 dan sebaliknya.
• Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data.
• Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya instruksi pengubahan urutan eksekusi. 

 SIKLUS INSTRUKSI DALAM CPU

• Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat instruksi sebelumnya.
• 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.

TENTANG INTERUPT

• Fungsi interupsi adalah mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU kepada routine interupsi. Hampir semua modul (memori dan I/0) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU.
• Tujuan interupsi secara umum untuk manajemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul - modul I/0 maupun memori.
• Setiap komponen komputer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU disamping itu kecepatan eksekusi masing - masing modul berbeda sehingga dengan adanya fungsi interupsi ini dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul.

SINYAL INTERUPSI DALAM CPU

• Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, oparasi illegal.
• Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara regular.
• I/0, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/0 sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi.
• Hardware failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori.

INTERUPSI GANDA

• Menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor. Kemudian setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru di tangani. Pendekatan ini disebut pengolahan interupsi berurutan / sekuensial.
• Prioritas bagi interupsi dan interrupt handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu. Pedekatan ini disebut pengolahan interupsi bersarang.

INTERUPSI BERSARANG

• Sistem memiliki tiga perangkat I/0: printer, disk, dan saluran komunikasi.
• Pada awal sistem melakukan pencetakan dengan printer, saat itu terdapat pengiriman data pada saluran komunikasi sehingga modul komunikasi meminta interupsi.
• Proses selanjutnya adalah pengalihan eksekusi interupsi modul komunikasi, sedangkan interupsi printer ditangguhkan.
• Saat pengeksekusian modul komunikasi terjadi interupsi disk, namun karena prioritasnya lebih rendah maka interupsi disk ditangguhkan.
• Setelah interupsi modul komunikasi selesai akan dilanjutkan interupsi yang memiliki prioritas lebih tinggi, yaitu disk.
• Bila interupsi disk selesai dilanjutkan eksekusi interupsi printer.
• Selanjutnya dilanjutkan eksekusi program utama.