ORGANISASI & ARSITEKTUR KOMPUTER

CONTROL UNIT

Iim Abdurrohim, M.T.

CONTROL UNIT

• Bagian dari komputer yang menggenerasi (membuat) signal yang mengontrol operasi komputer.

Tugas Control Unit adalah mengontrol siklus Mesin Von Neumann :

1. Menjemput instruksi berikutnya (?) yang akan dijalan kan dari memori, menempatkannya dalam register instruksi (IR) dan menambahkan (Increment) PC untuk menunjukkan atau mengarahkan ke instruksi berikutnya yang ada dalam memori,

2. Mendekode dan menjalankan instruksi yang baru saja dijemput.

​

Siklus Mesin Von Neumann 

• Siklus Mesin Von Neumann (juga disebut Instruction Cycle atau Fetch-Decode-Execute Cycle) adalah urutan langkah dasar yang dilakukan oleh CPU untuk mengeksekusi setiap instruksi program. Siklus ini berulang terus menerus selama komputer menyala.
• Von Neumann sendiri menyebutnya sebagai "The Central Control Loop" (loop kontrol pusat).

Kebutuhan Fungsional

• Mendefinisikan elemen dasar prosesor (Hardware)
• Mendiskripsikan operasi mikro yang harus dilakukan prosesor (Operasi mikro adalah transfer data paling dasar dari satu elemen ke elemen lain melalui bus. Mis: ADD R1, R2)
• Menentukan fungsi Control Unit yang harus dilakukan prosesor (Mengubah deskripsi operasi mikro (level 2) menjadi sinyal listrik (0/1) pada waktu yang tepat. Control Unit bertugas sebagai "kondektur" yang membuka dan menutup "gerbang" (tri-state buffer, enable, selector) agar data mengalir sesuai urutan operasi mikro.)

Elemen Dasar Prosesor

• ALU
• Register
• Internal Data Path
• External Data Path
• Control Unit

Internal Data Path

• Internal Data Path dalam arsitektur komputer adalah jalur (path) di dalam CPU atau sistem digital yang digunakan untuk memindahkan data antar komponen internal, seperti dari register ke ALU, dari ALU ke register, atau antar unit lainnya.
• Sederhananya, internal data path = “jalur lalu lintas data di dalam prosesor.”

Contoh Kasus

Misalnya CPU ingin menghitung:

• R1 = R2 + R3

Langkah yang terjadi:

1. Data dari R2 dan R3 dikirim melalui internal data path ke ALU
2. ALU melakukan penjumlahan
3. Hasilnya dikirim kembali melalui internal data path ke R1

Jadi jalur yang dipakai data dari R2 & R3 → ALU → R1 itulah internal data path.

​

External Data Path

Lokasi: di luar CPU (menghubungkan CPU dengan komponen lain)�Fungsi: memindahkan data antara CPU dan perangkat eksternal

Contoh:

• CPU ↔ RAM
• CPU ↔ Hard disk / SSD
• CPU ↔ perangkat I/O (keyboard, monitor)

Biasanya melalui:

• Data bus eksternal
• System bus

​

Tipe Operasi Mikro

• Mendefinisikan elemen dasar prosesor
• Mendiskripsikan operasi mikro yang harus dilakukan prosesor
• Menentukan fungsi Control Unit yang harus dilakukan prosesor

​

1. Elemen dasar = sudut pandang struktur (komponen fisik)
2. Operasi mikro = sudut pandang perilaku (urutan logika)
3. Fungsi Control Unit = sudut pandang kontrol (sinyal & waktu)

FUNGSI CONTROL UNIT

1. Sequencing (mengurutkan operasi)

Membuat sejumlah operasi CPU akan melalui urutan operasi tertentu

​

2. Mengeksekusi

Membuat kinerja setiap operasi mikro selesai dengan menggunakan sinyal kontrol tertentu

​

JENIS SINYAL KONTROL

• Clock (satu instruksi operasi mikro persiklus clock)
• Instruction Register (Opcode setiap instruksi dan menentukan instuksi mikro yang akan dilakukan)
• Tags (Flag yang menunjukkan status CPU dan hasil dari operasi sebelumnya)
• Pada BUS Kendali (Interupsi dan Sinyal Acknowledgment)
• Pada Ouput dalam CPU (Pergerakan Data dan Mengaktifkan fungsi Tertentu)
• Melalui BUS Kendali (Ke memori dan Ke I/O)

​

JENIS CONTROL UNIT

1. Control Unit Microprogrammed

• Untuk menggenerasi signal kontrol dengan cara membaca dan mengeluarkan atau mengalirkan mikroinstruksi.

​

2. Control Unit Konvensional /Hard-Wired (Gate Logic)

• Untuk menggenerasi signal kontrol.
• Digunakan pada komputer berkinerja tinggi (super komputer) dan RISC (Reduced Instruction Set Computer)
• Komputer Mainframe sering menggunakannya untuk aritmetik, logika dan shift sederhana dan instruksi akses memori.
• CU Konvensional menghasilkan suatu rangkaian mikroinstruksi.
• Perbedaannya dengan CU Microprogrammed terletak pada gerbang logikanya menggenerasi semua mikroorder sehingga eksekusinya lebih cepat.

CONTROL UNIT MICROPROGRAMMED

Terbagi 2 yaitu :

1. Control Vertikal

Jenis implementasi dimana signal kontrol di kode ke dalam bit , kemudian digunakan setelah dikode.

​

2. Control Horizontal

Control dimana setiap bit kontrol mengatur 1 operasi gate atau mesin. Seperti Saklar

Perbedaan

Microprogrammed Vertikal

Konsep:�Setiap bit dalam microinstruction mewakili satu fungsi kontrol yang harus didekode terlebih dahulu. Karena hanya 1 fungsi aktif per grup, jumlah bit sedikit tetapi lambat.

​

Contoh sederhana – Mesin Cuci:

• Microinstruction hanya 3 bit, tetapi perlu decoder untuk memilih aksi:

Perintah Mesin Cuci

Proses

• Proses:�001 → decoder terjemahkan → kirim sinyal ke katup air.
• Karakteristik:
• 3 bit untuk 4 aksi (hemat)
• Ada decoder → agak lambat
• Tidak bisa menyalakan "Isi air" dan "Putar drum" sekaligus

​

Decoder 3 to 8

Decoder 3 to 8

Microprogrammed Horizontal

• Konsep:�Setiap bit dalam microinstruction langsung mengontrol satu jalur kontrol spesifik (1 bit = 1 sinyal). Tidak perlu decoder. Bisa melakukan banyak operasi sekaligus (paralel).

Contoh sederhana – Mesin Cuci:

• Microinstruction 8 bit, setiap bit langsung ke aktuator:

Tabel Horizontal

Proses:�00011000 (b3=1, b4=1) → Heater dan pompa hidup bersamaan.

​

Proses:�00011000 (b3=1, b4=1) → Heater dan pompa hidup bersamaan.

​

Karakteristik:

• 8 bit untuk 8 fungsi
• Tidak perlu decoder → cepat
• Bisa operasi paralel (lebih efisien waktu)

​

KOMPONEN-KOMPONEN POKOK CONTROL UNIT MICROPROGRAMMED

1. Instruction Register

Menyimpan instruksi register mesin yang dijalankan.

​

2. Control Store berisi microprogrammed

• Untuk semua instruksi mesin.
• Untuk startup mesin.
• Untuk memprosesan interupt

​

3. Address Computing Circuiting

Menentukan alamat Control Store dari mikroinstruksi berikutnya yang akan dijalankan. (Jenis pengalamatan)

​

Lanjutan

4. Microprogrammed Counter

Menyimpan alamat dari mikroinstruksi berikutnya.

​

5. Microinstruction Buffer

Menyimpan mikroinstruksi tersebut selama dieksekusi.

​

6. Microinstruction Decoder

Menghasilkan dan mengeluarkan mikroorder yang didasarkan pada mikroinstruksi dan opcode instruksi yang akan dijalankan