Apa itu CPU?
CPU,
atau unit pemrosesan pusat, adalah komponen perangkat keras yang merupakan unit
komputasi inti di sebuah server. Server dan perangkat pintar lainnya mengubah
data menjadi sinyal digital dan melakukan operasi matematika. CPU adalah
komponen utama yang memproses sinyal dan memungkinkan komputasi. CPU bertindak
sebagai otak dari perangkat komputasi apa pun. CPU mengambil instruksi dari
memori, melakukan tugas yang diperlukan, dan mengirim output kembali
ke memori. CPU menangani semua jenis tugas komputasi yang diperlukan agar
sistem operasi dan aplikasi dapat berjalan.
Bagaimana kemajuan teknologi CPU dari waktu ke
waktu?
Komputer paling awal menggunakan tabung vakum untuk
pemrosesan. Mesin, seperti ENIAC dan UNIVAC, berukuran besar, serta
menghabiskan banyak daya dan menghasilkan panas yang signifikan. Penemuan
transistor pada akhir 1940-an merevolusi teknologi CPU. Transistor menggantikan
tabung vakum, menjadikan komputer lebih kecil, lebih andal, dan lebih hemat
energi. Pada pertengahan 1960-an, sirkuit terpadu (IC) dikembangkan, yang
menggabungkan beberapa transistor dan komponen lain pada satu chip komputer.
CPU menjadi lebih kecil dan lebih cepat, yang mengarah pada munculnya
mikroprosesor.
Mikroprosesor
Mikroprosesor menggabungkan seluruh CPU
pada satu chip IC, yang
memungkinkan komputer lebih mudah diakses dan mengarah pada pengembangan
komputer pribadi. Awalnya, CPU dapat menangani 16 hingga 32 bit data sekaligus.
Pada awal 2000-an, CPU 64-bit muncul, yang memungkinkan pengalamatan memori
yang lebih besar dan mendukung pemrosesan data yang lebih luas.
Saat densitas transistor meningkat, maka
semakin menantang untuk meningkatkan performa CPU single-core.
Sebaliknya, produsen CPU mulai menggunakan arsitektur prosesor multi-core untuk mengintegrasikan beberapa core ke dalam satu chip.
Prosesor masa kini
Dengan munculnya perangkat seluler,
efisiensi daya menjadi sangat penting. Produsen CPU kini mengembangkan CPU
berdaya rendah dan hemat energi untuk perangkat portabel modern, seperti smartphone dan tablet.
Ketika kecerdasan buatan (AI) dan tugas intensif grafis menjadi
lebih umum, CPU khusus, seperti unit pemrosesan grafis (GPU) dan akselerator AI
kini digunakan untuk menangani beban kerja.
Penelitian dan pengembangan lanjutan
dalam nanoteknologi dan ilmu material telah membuka jalan bagi transistor
mikroskopis dan CPU yang lebih andal. Komputasi kuantum dan teknologi baru
lainnya berpotensi untuk lebih mengembangkan teknologi prosesor komputer.
Apa saja komponen CPU?
CPU adalah sirkuit elektronik kompleks yang
terdiri dari beberapa komponen kunci yang memproses data dan menjalankan
instruksi. Komponen utama CPU diberikan di bagian berikutnya.
Unit
kontrol
Unit kontrol mengelola pemrosesan instruksi dan
mengoordinasikan aliran data dalam CPU dan di antara komponen komputer lainnya.
Unit kontrol memiliki komponen decoder instruksi
yang menafsirkan instruksi yang diambil dari memori dan mengubahnya menjadi
operasi mikro yang dapat dijalankan CPU. Unit kontrol mengarahkan komponen CPU
lainnya untuk melakukan operasi yang diperlukan.
Register
Register adalah lokasi penyimpanan memori kecil
berkecepatan tinggi di dalam CPU. Register menyimpan data yang sedang
dikerjakan CPU dan memfasilitasi akses cepat ke data. CPU memiliki beberapa
jenis register, seperti berikut:
·
Register tujuan
umum yang menyimpan data operasional
·
Register
instruksi yang menyimpan instruksi yang sedang diproses
· Penghitung program yang menyimpan alamat memori dari instruksi
berikutnya akan diambil
Register memberikan waktu akses yang lebih cepat
daripada tingkat memori lainnya, seperti RAM atau memori cache.
ALU
Unit logika aritmatika (ALU) melakukan operasi
aritmatika dasar (penambahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian) serta
operasi logis (AND, OR,
dan NOT) pada data. ALU menerima data
dari register dalam CPU, memprosesnya berdasarkan instruksi dari unit kontrol,
dan menghasilkan hasilnya.
Unit
manajemen memori
Tergantung pada arsitektur CPU, mungkin ada
unit antarmuka bus terpisah
atau unit manajemen memori. Komponen ini menangani tugas-tugas yang berhubungan
dengan memori, seperti mengelola interaksi CPU dan RAM. Unit manajemen memori
juga menangani memori cache, sebuah
unit memori kecil dan cepat yang terletak di dalam CPU, dan memori virtual yang
dibutuhkan CPU untuk pemrosesan data.
Clock
CPU mengandalkan sinyal clock untuk menyinkronkan operasi
internalnya. Clock menghasilkan
pulsa stabil pada frekuensi tertentu, dan siklus jam ini mengoordinasikan
operasi CPU. Kecepatan clock diukur
dalam hertz (Hz) dan menentukan jumlah instruksi yang dapat dijalankan CPU per
detik. CPU modern memiliki kecepatan clock yang
berubah-ubah, yang menyesuaikan berdasarkan beban kerja untuk menyeimbangkan
performa dan konsumsi daya.
Bagaimana cara kerja CPU?
Prosesor komputer menggunakan
komponen perangkat keras dan program perangkat lunak lainnya untuk memproses
data dan mengelola alur informasi dalam perangkat elektronik. Prosesor komputer
biasanya bekerja dalam beberapa siklus, dengan setiap siklus instruksi
merepresentasikan tiga langkah utama.
Siklus prosesor core
Langkah-langkah dasar dalam
siklus instruksi dibahas selanjutnya.
Pengambilan instruksi
CPU mengambil instruksi dari
memori. Instruksi adalah kode biner yang merepresentasikan tugas atau operasi
tertentu untuk CPU. Unit kontrol ini menafsirkan instruksi dan menentukan
operasi yang akan dilakukan. Unit kontrol ini juga mengidentifikasi komponen
CPU tertentu yang diperlukan untuk tugas tersebut.
Pemrosesan instruksi
CPU melakukan operasi yang
ditentukan pada data yang diambil. CPU melakukan perhitungan matematis,
perbandingan logis, manipulasi data, atau transfer data antara register atau
lokasi memori.
Penyimpanan hasil
Setelah menjalankan instruksi,
CPU mungkin perlu menyimpan hasilnya di memori atau memperbarui register
tertentu dengan data baru. Penghitung program (PC) diperbarui untuk menunjuk ke
alamat instruksi berikutnya yang akan diambil. CPU mengulangi siklus, kemudian
mengambil, mendekode, dan mengeksekusi instruksi secara berurutan.
Fungsi prosesor tambahan
CPU juga dapat menangani
instruksi alur kontrol, seperti lompatan dan percabangan bersama dengan
interupsi, sinyal yang dihasilkan oleh perangkat eksternal, atau kejadian yang
memerlukan perhatian segera. Saat interupsi terjadi, CPU menghentikan sementara
tugas saat ini, menyimpan statusnya, dan melompat ke rutinitas layanan
interupsi. Setelah memproses interupsi, CPU melanjutkan tugas sebelumnya.
CPU modern sering menggunakan
teknik, seperti paralelisme dan pipelining instruksi
untuk meningkatkan performa. Beberapa instruksi dapat berada dalam tahap siklus
yang berbeda secara bersamaan, dengan memungkinkan penggunaan sumber daya CPU
yang lebih efisien.
Apa saja
fitur-fitur CPU yang canggih?
CPU terbaik unggul dalam
performa, efisiensi, dan fleksibilitas, sehingga memungkinkannya menangani
berbagai tugas komputasi secara efektif. Selanjutnya, kita akan membahas
beberapa fitur canggih.
Core
Sementara prosesor single-core adalah standar terdahulu,
semua CPU memiliki beberapa core fisik
saat ini. Core adalah unit
pemrosesan individu di dalam CPU. Dengan semakin banyak core akan memungkinkan CPU menangani
beberapa thread (urutan
instruksi) secara paralel, sehingga meningkatkan performa yang signifikan
secara keseluruhan. Aplikasi dapat memanfaatkan desain multi-core dengan membagi tugas menjadi
subtugas yang lebih kecil yang dapat diselesaikan secara bersamaan.
Hyperthreading
Hyper-threading adalah implementasi multithreading simultan yang dikembangkan
oleh Intel, dengan memungkinkan setiap core CPU
menjalankan beberapa thread secara
bersamaan. Implementasi ini memungkinkan setiap core fisik
muncul sebagai dua core virtual
dalam sistem operasi. Perangkat lunak ini menggunakan sumber daya perangkat keras
yang tersedia secara lebih efisien.
Rangkaian instruksi lanjutan
CPU modern juga dilengkapi dengan
rangkaian instruksi canggih dan teknologi yang dirancang untuk mempercepat
tugas-tugas tertentu. Rangkaian instruksi ini melampaui operasi aritmetika
dasar dan logis, dengan memberikan kemampuan tambahan untuk menangani komputasi
yang kompleks secara lebih efisien.
Misalnya, CPU dapat mencakup
rangkaian instruksi khusus untuk tugas-tugas berikut:
·
Tugas
multimedia, seperti dekoding video, enkoding audio, dan pemrosesan gambar.
·
Algoritma
enkripsi dan dekripsi, seperti Advanced Encryption Standard (AES) dan Secure
Hash Algorithm (SHA).
·
Tugas
instruksi tunggal multidata (SIMD) yang memerlukan CPU untuk melakukan operasi
yang sama secara bersamaan pada set data besar. Ini adalah tugas-tugas, seperti
rendering grafis, simulasi ilmiah, dan pemrosesan sinyal digital.
·
Virtualisasi,
yang memungkinkan mesin virtual (VM) berjalan lebih efisien.
· Beban kerja AI, seperti operasi jaringan neural.
