Operasi Unit Kendali

Operasi Unit Kendali

Materi yang Akan dibahas:

•        Apa Pengertian Operasi Unit Kendali?

•        Apa Fungsi Operasi Unit Kendali?

•        Apa Jenis-Jenis Unit Kendali?

•        Apa itu Operasi Mikro?

•        Apa itu Kendali Prosesor?

•        Apa itu Kendali Mikroprogrammed?

Definisi Operasi Unit Kendali

Adalah bagian dari sebuah komputer yang berfungsi sebagai pengatur dan pengendali semua peralatan komputer. Control Unit juga mengatur kapan alat input menerima data, mengolah, dan menampilkan proses serta hasil pengolahan data. Dengan demikian semua perintah dapat dilakukan secara berurutan tanpa adanya tumpang tindih antara satu perintah dengan perintah lainnya.

Diagram Dasar Unit Kendali

 

Fungsi Operasi Unit Kendali

Tugas Dasar Operasi Unit Kendali:

1. Pengurutan (Sequencing)
Unit Kontrol menyebabkan prosesor menuju sejumlah operasi mikro dalam urutan yang benar, yang didasarkan pada program yang sedang dieksekusi.

2. Eksekusi (Execution)

Unit Kontrol menyebabkan setiap operasi mikro dilakukan.

Tugas-Tugas Unit Kendali

1.     Mengatur dan Mengendalikan alat-alat Input dan Output (I/O).

2.     Mengambil instruksi-instruksi dari Memori Utama.

3.     Mengambil data dari Memori Utama kalau diperlukan oleh proses.

4.     Mengirim instruksi ke ALU (Arithmetic Logical Unit) bila ada perhitungan Aritmatika.

5.     Menyimpan hasil proses ke Memori Utama.

Jenis Jenis Unit Kendali

1. Single-Cycle CU

Proses di Control Unit ini hanya terjadi dalam satu Clock-Cycle, artinya setiap instruksi ada pada satu cycle. Maka dari itu tidak memerlukan state.

2. Multi-Cycle CU

Berbeda dengan Control Unit yang Single—cycle, Control Unit yang Multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi, yaitu Dengan memerhatikan state dan opcode.

Jenis I/O Unit Kendali

A.   Masukkan (Input)

a.     Clock

Berfungsi untuk sinkronisasi operasi antar komponen-komponen komputer, termasuk juga Unit Kontrol.

b.     Instruction Register

Opcode instruksi saat itu digunakan untuk mentukan operasi mikro yang akan dilakukan selama siklus eksekusi.

c.      Flag

Flag-flag ini digunakan unit kontrol untuk mengetahui status dari CPU

d.     Control Signal to Control Bus

Memberi jalur ke unit kontrol untuk sinyal-sinyal seperti sinyal interupt dab acknowledgement.

B. Keluaran (Output)

     1.   Sinyal Kontrol dalam CPU (Control Signal in CPU)

            Output ini terdiri dari dua (2) macam sinyal, yaitu:

     Ø  Sinyal-sinyal yang menyebabkan perpindahan data antar register, dan

     Ø  Sinyal-sinyal yang dapat mengaktifkan ALU (Arithmetic Logic Unit) yang spesifik.

          2.      Control Signal to Control Bus

             Output sinyal ini juga memiliki 2 (dua) macam sinyal, yaitu:

           Ø  Sinyal kontrol bagi memori, dan

           Ø  Sinyal kontrol bagi modul-modul Input-Output (I/O).

Operasi Mikro

• Operasi Mikro adalah suatu operasi dimana suatu komputer menjalankan suatu program dan melakukan siklus proses memasukkan dan mengambil data, atau melakukan eksekusi (Fetch/Execute Cycle).
• Operasi Mikro merupakan operasi atomik dari CPU(Central Processing Unit).

Cara Kerja Operasi Mikro

1.     Mem-fetch suatu instruksi dari memori,

2.     Memberi kode instruksi untuk menentukan operasi yang dilaksanakan,

3.     Menentukan sumber dan tujuan data dalam perpindahan data, dan

4.     Mengeksekusi operasi yang dilakukan.

Kelebihan Operasi Mikro

• Rancangan mikroprogrammed relatif mudah diubah-ubah dan dibetulkan.
• Menyediakan kemampuan diagnostik yang lebih baik dan lebih dapat diandalkan daripada rancangan hard-wired.
• Utilisasi memori utama dalam komputer mikroprogrammed biasanya lebih baik karena perangkat lunak yang seharusnya menggunakan ruang memori utama justru ditempatkan pada memori kendali.
• Pengembangan ROM lebih lanjut (dalam kaitan dengan harga dan waktu akses) secara lebih jauh justru menguatkan posisi dominan pemrograman mikro, salah satunya dengan menyertakan unit memori ketiga disebut sebagai nano-memory (tambahan bagi memori utama dan memori kendali). Dalam mengerjakan hal ini, mungkin terjadi pertukaran (trade-off) yang menarik antara pemrograman mikro horisontal dan vertikal).

Kekurangan Operasi Mikro

• Karena waktu akses memori kendali ROM menentukan kecepatan operasi Control Logic Unit (CLU), maka kendali mikroprogrammed mungkin menghasilkan CLU yang lebih lambat dibandingkan dengan kendali hard-wired.
• Alasannya bahwa waktu yang diperlukan untuk menjalankan suatu instruksi mikro juga mencakup waktu akses ROM, sedangkan suatu keterlambatan dalam CLU hard-wired hanya mungkin disebabkan oleh keterlambatan waktu penyebaran melalui perangkat keras yang relatif sangat kecil (hard-wired digunakan hanya jika sistem itu tidak terlalu kompleks dan hanya memerlukan beberapa operasi kendali).

---

**

Instruction Cycle (Siklus Instruksi)

Karena set instruksi dari suatu CPU memiliki bermacam mode pengalamatan dan format operand, maka unit control bertanggung jawab untuk menjaga semua kemungkinan pada setiang tingkat dalam siklus instruksi.

• Setiap fase siklus instruksi dapat diuraikan menjadi operasi mikro elementer.
• Ada empat buah kode siklus instruksi (ICC).
• ICC menandai status CPU dalam hal berbagai tempat siklus tersebut berada.

Berikut adalah 4 (empat) kode siklus instruksi atau Instruction Code Cycle (ICC):

00        : FetchØ

01        :IndirectØ

10        :ExecuteØ

11        :InterruptØ

Ada 4 (Empat) Register dalam Fetch Cycle, antara lain:

1.    Memory Address Register (MAR)

Terkoneksi dengan bus alamat (Address Bus).

MAR melakukan spesifikasi alamat untuk operasi baca (read) dan tulis (write).

2.     Memory Buffer Register (MBR)

Terkoneksi dengan bus data (Data Bus).

Menyimpan data untuk ditulis atau menyimpan data terakhir yang dibaca (Holds data to write or last data read).

3.     Program Counter (PC)

Menyimpan alamat instruksi berikut yang akan diakses (Holds address of next instruction to be fetches).

4.     Instruction Register (IR)

Menyimpan alamat instruksi terakhir yang diakses (Holds last instruction fetched).

Jenis-Jenis Siklus dalam Siklus Instruksi (Instruction-Cycle):

1.       Fetch-Cycle (Siklus Pengambilan)

2.       Indirect-Cycle (Siklus Tak Langsung)

3.       Interrupt-Cycle (Siklus Interupsi)

4.       Execution-Cycle (Siklus Eksekusi)

1.       Fetch-Cycle (Siklus Pengambilan)

   

Fetch Cycle adalah siklus pengambilan data ke memori atau register. Berikut adalah contoh aliran data siklus pengambilan(Fetch Cycle):

-       Urutan kejadian selama siklus interuksi tergantung pada rangan CPU.

-       Asumsi: Sebuah CPU yang menggunakan register memori alamat (MAR), Register memori buffer (MBR), pencacah program (PC)m dan register instruksi(IR).

Prosesnya:

1.     Pada siklus pengambilan (Fetch Cycle), instruksi dibaca dari memori.

2.     PC berisi alamat instruksi berikutnya yang akan diambil.

3.     Alamat ini dipindahkan di MAR(Memory Address Register) dan ditaruh di bus alamat.

4.     Control Unit meminta pembacaan memori dan hasilnya disimpan di bus data dan disalin ke MBR (Memory Buffer Register), kemudian dipindahkan ke IR (Instruction Regiter).

5.     PC (Program Counter) naik nilainya 1, sebagai persiapan untuk pengambilan selanjutnya.

6.     Siklus selesai, CU  memeriksa isi IR (Instruction Register) untuk menentukan apakah IR (Instruction Register) berisi Operand Specifier yang menggunakan pengalamatan tak langsung (Indirect).

Dengan demikian siklus Fetch sederhana sebenarnya terdiri atas 3 langkah dan 4 operasi mikro. Secara simbolik dapat ditulis sebagai berikut:

T1        : MAR  ← (PC)

T2        : MBR  ← (MEMORY)

                         PC  ←  (PC)+1

T3        : IR   ← (MBR)

Dimana T1, T2, dan T3 merupakan unit waktu yang berdurasi sama dan berurutan.

2.       Indirect-Cycle (Siklus Tak Langsung)

 

Siklus tidak langsung (Indirect Cycle) adalah eksekusi sebuah instruksi yang melibatkan sebuah operand atau lebih di dalam memori, yang masing-masing operand memerlukan akses memori. Pengambilan alamat-alamat tak langsung dapat dianggap sebagai sebuah subsiklus instruksi atau lebih.

Penjelasan:

·      N bit paling kanan pada MBR, yang berisi referensi alamat, dipindahkan ke MAR.

·     Unit Kontrol meminta pembacaan memori, agar mendapatkan alamat operand yang diinginkan ke dalam MBR.

·     Siklus pengambilan dan siklus tak langsung cukup sederhana dan dapat diramalkan.

Berikut adalah penulisan siklus tidak langsung secara simbolik:

T1          : MAR  ←  (IR (Alamat))

T2          : MBR  ←  Memory

T3          : IR (Alamat)  ←  (MBR (Alamat))

3.       Interrupt-Cycle (Siklus Interupsi)

  

Interrupt adalah suatu permintaan khusus kepada mikroprosesor untuk melakukan sesuatu. Bila terjadi interupsi, maka komputer akan menghentikan dahulu apa yang sedang dikerjakannya dan melakukan apa yang diminta oleh yang meninterupsi.

Pada IBM PC (Personal Computer) dan kompatibelnya disediakan 256 buah interupsi yang diberi nomor 0 sampai 255. Nomor interupsi 0 sampai 1 Fh disediakan oleh ROM BIOS, yaitu suatu IC (Integrated Circuit)  didalam komputer yang mengatur operasi dasar komputer. Jadi bila terjadi interupsi dengan nomor 0 sampai 1 Fh, maka secara default komputer akan beralih menuju ROM BIOS dan melaksanakan program yang terdapat disana. Program yang melayani suatu interupsi dinamakan Interrupt Handler.

Aliran Data Siklus Interupsi:

Isi PC, saat itu harus disimpan sehingga CPU dapat melanjutkan aktivitas normal terjadinya interupsi.

1.   Isi PC dipindahkan ke MBR untuk kemudian dituliskan ke dalam memori.

2.   Lokasi memori khusus yang dicadangkan untuk keperluan ini dimuatkan ke MAR dari unit kontrol (Control Unit).

3.   Lokasi ini berupa stack pointer.

4.   PC dimuatkan dengan alamat rutin interupsi.

5.   Akibatnya siklus interuksi berikutnya akan mulai mengambil interuksi yang sesuai.

Berikut adalah penulisan siklus Interupsi secara simbolik:

T1        : MBR  ← (PC)

T2        : MAR  ← Save_Address

                                       PC  ←  Routine_Address

T3        : Memory  ←  MBR

                   

4.       Execution-Cycle (Siklus Eksekusi)

Execution adalah proses dari CPU untuk mengerjakan instruksi yang sudah dijemput dari main memory dan sudah berada di IR register, Control Unit di CPU mengartikan instruksi tersebut, melaksanakan operasi yang harus dilakukan, seperti penjemputan/pengambilan data dari main memory, mengirim instruksi ke ALU untuk melakukan operasi aritmatika atau logika dan menyimpan hasil pengolahan kembali ke main memory. Sedangkan Execution sequence adalah proses atau langkah sebuah eksekusi program yang terjadi dan berlangsung pada sebuah sistem mikroprosesor. Sebuah mikroprosesor harus dapat melakukan proses:

•  Fetch Data atau mengambil data baik dari memori maupun I/O dengan proses baca (read) data.
• Proses Data atau mengolah data dalam salah satu operasi aritmatika atau logika.
• Write Data atau menulis data ke memori atau I/O.
• Fetch Instruction atau mengambil instruksi yaitu membaca instruksi dari memori. 
• Interpret Instruction, yaitu proses menginterpretasikan/menerjemahkan instruksi. Instruksi hari didekode untuk menentukan aksi dari suatu instruksi yang harus dilakukan. Instruksi dalam bahasa mesin berbentuk kode-kode biner dalam heksadesimal. Setiap perintah dikodekan dan disusun dalam sebuah set instruksi. Untuk mendapatkan gambaran yang jelas, bagaimana bagian-bagian dari sebuah komputer atau sistem mikroprosesor bekerja.

Berikut adalah beberapa perintah dalam Execution Cycle:

1. Penambahan (ADD)

ADD R1, X = Menambahkan isi lokasi X ke register R1

T1        : MAR (IR(Alamat))

T2        : MBR Memory

T3        :IR (R1) + (MBR)

2. ISZ

Isi lokasi X ditambah dengan 1. Apabila hasilnya sama dengan Nol (0), maka instruksi berikutnya dilompati.

T1        :MAR (IR(Alamat))

T2        :MBR Memory

T3         :IR (MBR) + 1

T4        : Memory(MBR)

If (MBR=0) then (PC+1)

     3. BSA X

Merupakan alamat instruksi yang berada setelah instruksi BSA disimpan di lokasi X dan eksekusi dilanjutkan pada lokasi X + 1. Alamat yang disimpan akan digunakan kemudian untuk keperluan return.

T1        : MAR (IR(Alamat))

MBR (PC)

T2        : PC(IR (Alamat))

Memory (MBR)

T3        : PC(PC) + 1

                                                                                                                                                         **

Kendali Prosesor (Hard-wired)

Processor sering di sebut sebagai otak sentral dari komputer. Artinya unit pemroses utama dari perintah-perintah program yang harus dijalankan oleh komputer yang mengontrol keseluruhan jalannya sebuah sistem komputer dan digunakan sebagai pusat atau otak dari kompuer yang berfungsi untuk melakukan perhitungan dan menjalankan tugas.

Cara Kerja CPU

1.     CPU Menerima Masukkan dari Input dan diletakkan di RAM

2.     Apabila berbentuk instruksi ditampung oleh Control Unit di Program-storage, Apabila berbentuk data ditampung di Working-storage.

3.     Jika Register siap untuk menerima eksekusi, maka CU akan mengambil instruksi dari Program-storage untuk ditampungkan ke Instruction Register. Alamat memori yang berisikan instruksi tersebut ditampung di Program Counter. Sedangkan data diambil oleh Control Unit dari Working-storage untuk ditampung di General-purpose register (dalam hal ini di Operand-register).

4.     Jika berdasar instruksi pengerjaan yang dilakukan adalah aritmatika dan logika, maka ALU akan mengambil alih       operasi untuk mengerjakan berdasar instruksi yang  ditetapkan dan hasilnya ditampung di Accumulator.  Apabila hasil pengolahan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil hasil pengolahan di Accumulator untuk  ditampung kembali ke Working-storage. Jika pengerjaan  keseluruhan telah selesai, maka Control Unit akan menjemput hasil pengolahan dari Working-storage untuk  ditampung ke Output-storage. Lalu selanjutnya dari Output-storage, hasil pengolahan akan        ditampilkan ke output-devices.

Fungsi CPU

Ø  Untuk menggenerasi sinyal kontrol.

Ø  Digunakan pada komputer berkinerja tinggi (super komputer) dan RISC sederhana dan instruksi akses memori.

Ø  Control Unit konvensional menghasilkan suatu rangkaian mikro-instruksi.

Ø  Perbedaannya dengan Control Unit Microprogrammed terletak pada gerbang logikanya menggenerasi semua mikro-order, sehingga eksekusinya lebih cepat.

Kendali Microprogrammed

Kendali microprogrammed menawarkan suatu pendekatan yang lebih terstruktur untuk merancang unit kendali logika (CLU) dibandingkan dengan kendali hard-wired. Rancangan microprogrammed relatif mudah diubah-ubah dan dibetulkan,menawarkan kemampuan. Karena waktu akses memori kendali ROM menentukan kecepatan operasi CLU maka kendali microprogrammed mungkin menghasilkan CLU yang lebih lambat dibandingkan dengan kendali hard-wired.

Instruksi Microprogrammed

1. Horizontal

Satu bit diberikan untuk setiap sinyal logika yang dihasilkan oleh instruksi micro. Jenis implementasi diaman signal kontrol di kode ke dalam pada bit, kemudian digunakan setelah di kode.

2. Vertikal

Hanya satu operasi mikro yang dipanggil pada suatu waktu.

Control dimana setiap bit control mengatur satu operasi gate atau mesin.

Komponen Microprogrammed

1. Komponen-komponen pokok control unit microprogrammed

a.     Instruction Register

b.     Control Store berisi microprogrammed

c.     Address Computing Circuiting

d.     Microprogrammed Counter

e.     Microinstruction Buffer

f.      Microinstruction Decoder

2. Peralatan pendukung microprogrammmed   control 

a.     Assembler Mikro

b.     Formatter

c.     Sistem Pengembangan

d.     Simulator Perangkat Keras

Kesimpulan

Control Unit atau biasa disebut Unit Kontrol adalah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Control Unit dari sebuh prosesor memiliki 2 (dua) peran penting. Pertama, Control Unit mengatur prosesor agar melakukan semua mikro-operasi dalam urutan yang benar. Kedua, Control Unit menghasilkan sinyal kontrol yang memastikan supaya semua mikro-operasi dieksekusi. Terdiri dari 2 (dua) jenis, yaitu Single dan Multi Control. Siklus instruksi terdiri dari micro operation, fetch, indirect, interrupt, dan execution cycle. Unit Kontrol merupakan otak atau pusat syaraf hardware pada komputer yang mengawasi pelaksanaan siklus instruksi dan membangkitkan sinyal-sinyal kontrol yang relevan pada saat yang tepat supaya mikro-operasi yang tepat dapat dikerjakan pada CPU dan unit-unit eksternal lainnya seperti memori dan pengontrol perangkat I/O.

Daftar Pustaka :

Arief, Miftah. 2012. “Pengertian Control Unit”. Dalam http://miftahari3f.blogspot.com/2012/10/pengertian-control-unit.html.

Farhat. Tanpa Tahun. ”Operasi Unit Kendali”. Laporan. Tempat:Universitas Gunadarma.

Nurlitasari, Ega. 2016. “Operasi Unit Kendali”. Dalam http://pienotseka3.blogspot.com/2016/11/operasi-unit-kendali.html.

Purwanto, Imam, Ega Hegarini, Rifki amalia, Arie Kusumawati. 2013. Laporan. Tempat:Universitas Gunadarma.

Rahman. 2014. “Operasi Unit Kendali CU (Control Unit)”. Dalam http://berbagiilmuindahnya.blogspot.com/2014/04/operasi-unit-kendali-cu-control-unit.html.

Roqi, Baidowi. 2016. “Operasi Unit Kendali/CU (Control Unit)”. Dalam https://belajar-bersama-bdw.blogspot.com/2016/01/operasi-unit-kendalicu-control-unit.html.

Saputra, Bayu. 2012. “Operasi Unit Kendali”. Dalam http://bayserf.blogspot.com/2012/11/operasi-unit-kendali.html.

Sharma, Nirmala. 2009. Computer Architecture. New Delhi:University Science Press.

Suryadi. 2011. “CPU (Central Processing Unit)”. Dalam https://mangantar.wordpress.com/2011/02/09/cpu-central-prosessor-unit/.

Syahrul. 2010. Organisasi dan Arsitektur Komputer. Yogyakarta: Andi.

Wikipedia. 2018. “Unit Kendali”. Dalam https://id.wikipedia.org/wiki/Unit_Kendali.

Ditulis Oleh : Fadly Muhammad Irvan