ALU KOMPUTER

UNIT KONTROL

Unit kontrol atau yang sering dikenal dengan control unit, akan menyimpan perintah sekarang yang dilakukan oleh komputer, memerintahkan ALU untuk melaksanaan dan mendapat kembali informasi (dari memori) yang diperlukan untuk melaksanakan perintah itu, dan memindahkan kembali hasil ke lokasi memori yang sesuai. Sekali yang terjadi, unit kontrol pergi ke perintah berikutnya (biasanya ditempatkan di slot berikutnya, kecuali kalau perintah itu adalah perintah lompatan yang memberitahukan kepada komputer bahwa perintah berikutnya ditempatkan di lokasi lain).

Bagian CPU yang menyebabkan fungsi komputer tercapai ini mengeluarkan sinyal-sinyal kontrol yang bersifat internal bagi CPU untuk memindahkan data antar Register agar ALU melakukan fungsinya untuk mengatur operasi-operasi internal lainnya. Register, yang merupakan bagian dari unit kontrol, adalah tempat penyimpan data sementara dalam CPU selama proses eksekusi. Apabila terjadi proses eksekusi, data dalam register dikirim ke ALU untuk diproses, hasil eksekusi nantinya diletakkan ke register kembali. Unit kontrol akan menghasilkan sinyal yang akan mengontrol operasi ALU dan pemindahan data ke dan dari ALU. Unit kontrol juga mengeluarkan sinyal kontrol eksternal bagi pertukaran data memori dan modul-modul I/O.


Macam-macam Unit Kontrol

1. Unit Kontrol Single-Cycle

Proses di unit kontrol ini hanya terjadi dalam satu clock cycle artinya setiap instruksi (fetch, decode, execute) ada pada satu cycle; maka dari itu tidak memerlukan state. Dengan demikian fungsi boolean masing-masing control line hanya merupakan fungsi dari opcode saja. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis instruksi.


Ada dua bagian pada unit kontrol ini, yaitu proses men-decode opcode untuk mengelompokkannya menjadi 4 macam instruksi (yaitu di gerbang AND), dan pemberian sinyal kontrol berdasarkan jenis instruksinya (yaitu gerbang OR). Keempat jenis instruksi adalah “R-format” (berhubungan dengan register), “lw” (membaca memori), “sw” (menulis ke memori), dan “beq” (branching).

Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya. Misalnya jika melibatkan memori ”R-format” atau ”lw” maka akan sinyal ”Regwrite” akan aktif. Hal lain jika melibatkan memori “lw” atau “sw” maka akan diberi sinyal kontrol ke ALU, yaitu “ALUSrc”.

Desain single-cycle ini lebih dapat bekerja dengan baik dan benar tetapi cycle ini tidak efisien.

2. Unit Kontrol Multi-Cycle

Gambar disamping menunjukkan diagram blok dari unit kontrol multi-cycle. Berbeda dengan unit kontrol yang single-cycle, unit kontrol yang multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi.

Dengan memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing control line output dapat ditentukan. Masing-masingnya akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic. Jadi akan terdapat banyak fungsi boolean, dan masing-masingnya tidak sederhana.

Pada cycle ini, sinyal kontrol tidak lagi ditentukan dengan melihat pada bit-bit instruksinya. Bit-bit opcode memberitahukan operasi apa yang selanjutnya akan di-execute CPU; bukan instruksi cycle selanjutnya.


Fungsi Unit Kontrol

1. Pengurutan (sequencing): unit kontrol bertugas mengontrol sejumlah operasi mikro dalam urutan yang benar

state

register overhead

Cycle 1

Cycle 2

Cycle 3

Cycle 4

Cycle 5

Fetch

Decode

Exec

Mem

WB

lw

Single cycle Implementation:

Multiple Cycle Implementation:


2. Eksekusi (execution): unit kontrol menyebabkan setiap operasi mikro dilakukan

Input Unit Kontrol

Unit kontrol mempunyai beberapa input, diantaranya:

1. Clock: berfungsi untuk sinkronisasi operasi antar komponen
2. Flag: flag-flag ini diperlukan unit kontrol untuk mengetahui status CPU. Flag diset ALU sebagai hasil dari suatu operasi, misalnya: overflow flag, diset 1 bila hasil komputasi melampaui panjang register tempat flag disimpan.
3. Instruction register: menggunakan opcode untuk menentukan operasi mikro yang akan dilakukan selama siklus eksekusi
4. Sinyal kontrol dari ”bus control”: memberi jalur ke unit kontrol untuk sinyal-sinyal tertentu, seperti sinyal interrupt dan sinyal acknowledgment

Output Unit Kontrol

Sinyal kontrol di dalam CPU (control signals within CPU): output unit kontrol terdiri dari dua macam sinyal, yaitu:

1. sinyal-sinyal yang menyebabkan perpindahan data antar register
2. sinyal-sinyal yang dapat mengaktifkan fungsi ALU yang spesifik

Sinyal kontrol ke ”bus control” juga terdiri atas 2 sinyal, yaitu:

1. sinyal kontrol ke memori
2. sinyal kontrol ke modul-modul I/O

Implementasi Unit Kontrol

1. Implementasi hardwired

Unit kontrol merupakan rangkaian kombinatorial. Sinyal-sinyal logika inputnya akan didekodekan menjadi sinyal-sinyal logika output, yang merupakan sinyal-sinyal kontrol ke sistem komputer. Sinyal-sinyal input tersebut, seperti clock, flag, register instruction, dan sinyal kontrol merupakan input bagi unit kontrol untuk mengetahui status komputer. Sinyal keluaran yang dihasilkan akan mengendalikan sistem kerja komputer.

N buah input biner akan menghasilkan 2N output biner. Setiap instruksi memiliki opcode yang yang berbeda-beda.

Opcode yang berbeda dalam instruksi akan menghasilkan sinyal kontrol yang berbeda pula. Pewaktu unit kontrol mengeluarkan rangkaian pulsa yang periodik.

Pulsa waktu ini digunakan untuk mengukur durasi setiap operasi mikro yang dijalankan CPU, intinya digunakan untuk sinkronisasi kerja masing-masing bagian.

Masalah dalam Merancang Implementasi Hardwired:

Ø Memiliki kompleksitas dalam pengurutan dan operasi mikronya

Ø Sulit didesain dan dilakukan pengetesan

Ø Tidak fleksibel

Ø Sulit untuk menambahkan instruksi baru

2. Implementasi microprogrammed

Implementasi yang paling reliabel saat ini adalah implementasi microprogrammed. Unit kontrol memerlukan sebuah memori untuk menyimpan program kontrolnya.

Fungsi–fungsi pengontrolan dilakukan berdasarkan program kontrol yang tersimpan pada unit kontrol. Selain itu, fungsi–fungsi pengontrolan tidak berdasarkan dekode dari input unit kontrol lagi.

Teknik ini dapat menjawab kesulitan–kesulitan yang ditemui dalam implementasi hardwired.