CONTROL UNIT

  PENGERTIAN CONTROL UNIT

Control Unit Adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan / kendali / kontrol terhadap operasi yangdilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut. Pada awal – awal desain komputer, CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store). Pada hardwire implementation control unit sebagai combinational circuit yang dibuat berdasarkan control signal yang akan dikeluarkan. Jadi untuk setiap control signal memiliki rangkaian logika tertentu pada control unit yang dapat menghasilkan control signal yang dimaksud. Secara umum untuk metode ini digunakan PLA (programmable logic array) untuk merepresentasikan control signal.

Control unit dari sebuah prosesor memiliki 2 peran penting. Pertama, control unit mengatur processor agar melakukan semua micro-operation dalam urutan yang benar. Kedua, control unit menghasilkan control signal yang memastikan supaya semua micro-operation dieksekusi.

Control signal tersebut secara umum menyebabkan salah satu dari hal berikut: pembukaan atau penutupan dari gerbang-gerbang logika, transfer data antara register-register, dan pengoperasian ALU.

       Model general dari sebuah control unit dapat dilihat pada gambar 2 berikut : 

Gambar : Model of Control Unit

Dari gambar tersebut dapat dilihat input dan output dari sebuah control unit. Input dari sebuah control unit adalah :

   1.2 Masukan – masukan unit control:

     1.    Clock / pewaktu

       pewaktu adalah cara unit control dalam menjaga waktunya. Unit control   menyebabkan sebuah operasi mikro ( atau sejumslah operasi mikro yang bersamaan) dibentuk bagi setiap pulsa waktu. Pulsa ini dikenal sebagai waktu siklus prosesor.

Ø Aturan untuk pengelompokan siklus waktu (Rules for Clock Cycle Grouping)

# Urutan yang baik harus mengikuti aturan berikut (Proper sequence

must be followed) :

o MAR :

# (PC) harus diikuti dengan MBR

# (memory)

# Harus menghindari terjadinya konflik (Conflicts must be avoided)

o Tidak boleh melakukan pembacaan dan penulisan terhadap register yang sama dan pada waktu yg bersamaan (Must not read & write same register at same time)

o Aktifitas MBR

# (memory) & aktifitas IR

# (MBR) tidak boleh dilakukan pada siklus yang bersamaan

#     PC harus ditambahkan 1: PC       (PC) +1

o Menggunakan ALU

o Mungkin diperlukan additional micro-operations

2.    Register instruksi

                opcode instruksi saat itu digunakan untuk menentukan operasi mikro mana yang akan dilakukan selama siklus eksekusi.

3.    Flag

flag ini diperlukan oleh unit control untuk menentukan status prosesor dan hasil     operasi ALU sebelumnya.

4.    Sinyal control untuk mengontrol bus

Bagian bus control bus system memberikan sinyal-sinyal ke unit control, seperti sinyal-sinyal interupsi dan acknowledgement.

   1.3 Keluaran-keluaran unit control

   1.    Sinyal control didalam prosesor: terdiri dari dua macam: sinyal-sinyal yang menyebabkan data dipindahkan dari register yang satu keregister yang lainnya, dan sinyal-sinyal yang dapat mengaktifasi fungsi-fungsi ALU tertentu

    2.     Sinyal control bagi bus control; sinyal ini juga terdiri dari dua macam :

   -      Sinyal control bagi memori.

   -      Sinyal control bagi modu-modul I/O                           

   1.4 Tugas dari CU adalah sebagai berikut:

    1.   Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.

    2.   Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.

    3.   Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses

    4.   Menyimpan hasil proses ke memori utama

1.7 CARA KERJA CONTROL UNIT

Ketika sebuah komputer pertama kali diaktifkan power-nya, maka computer tersebut menjalankan operasi bootstrap. Operasi ini akan membaca sebuah instruksi dari suatu lokasi memory yang telah diketahui sebelumnya dan mentransfer instruksi tersebut ke control unit untuk dieksekusi. Instruksi-intruksi dibaca dari memory dan dieksekusi sesuai dengan urutan penyimpanannya.

Program counter dari suatu computer menyediakan suatu cara untuk menyimpan lokasi instruksi berikutnya. Urutan eksekusi berubah dengan memindah lokasi intruksi baru ke program counter sebelum pembacaan (fetch) instruksi dikerjakan. Sebuah intruksi merupakan kalimat imperatif pendek yang sudah dapat menjelaskan makna dari perintah tersebut. Suatu intruksi terdiri dari :

 1.   subjek (komputernya)

 2.    verb (suatu kode operasi yang mengindikasikan pekerjaan apa yang akan   dilaksanakan)

 3.   objek (operands) yang mengidentifikasikan nilai data atau lokasi memory.

Ketika intruksi-intruksi diterima oleh Control Unit, operation code akan mengaktifkan urutan logic untuk mengeksekusi intruksi-intruksi tersebut. Satu eksekusi program terdiri dari beberapa instruction cycle yang menjadi komponen penyusun dari program tersebut. Sedangkan untuk setiap instruction cycle terdiri dari beberapa sub cycle lagi seperti ftech cycle, indirect cycle, executecucle,  dan interrupt cycle. Setiap sub cycle ini disusun dari beberapa perintah dasar yang disebut micro operation

ORGANISASI & ARSITEK KOMPUTER

TUGAS OAK

ARSITEKTUR SISTEM KOMPUTER SECARA GLOBAL 

Tidak ada suatu ketentuan khusus tentang bagaimana seharusnya struktur sistem sebuah komputer. Setiap ahli dan desainer arsitektur komputer memiliki pandangannya masing-masing. Akan tetapi, untuk mempermudah kita memahami detail dari sistem operasi serta perlu memiliki pengetahuan umum tentang struktur sistem komputer. Arsitektur komputer adalah konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer.
Arsitektur komputer juga dapat didefinisikan dan dikategorikan sebagai ilmu dan sekaligus seni mengenai cara interkoneksi komponen-komponen perangkat keras untuk dapat menciptakan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja, Abstraksi dari sebuah arsitektur komputer dan hubungannya dengan bagian perangkat keras, firmware, assembler, kernel, sistem operasi, dan perangkat lunak aplikasinya.

 Operasi Sistem Komputer 

Secara umum, sistem komputer terdiri atas CPU dan sejumlah device controller yang terhubung melalui sebuah bus yang menyediakan akses ke memori. Umumnya, setiap device controller bertanggung jawab atas sebuah hardware spesisfik. Setiap device dan CPU dapat beroperasi secara konkuren untuk mendapatkan akses ke memori. Adanya beberapa hardware ini dapat menyebabkan masalah sinkronisasi. Karena itu untuk mencegahnya sebuah memory controller ditambahkan untuk sinkronisasi akses memori.

Arsitektur Umum Komputer Pada sistem komputer yang lebih maju, arsitekturnya lebih kompleks. Untuk meningkatkan performa, digunakan beberapa buah bus . Tiap bus merupakan jalur data antara beberapa device yang berbeda. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGA AGP) dihubungkan oleh bus utama berkecepatan tinggi yang lebih dikenal dengan nama FSB (Front Side Bus) . Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang berkecepatan lebih rendah yang terhubung dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke bus utama. Untuk komunikasi antar bus ini digunakan sebuah bridge . Tanggung jawab sinkronisasi bus yang secara tak langsung juga mempengaruhi sinkronisasi memori dilakukan oleh sebuah bus controller atau dikenal sebagai bus master . Bus master akan mengendalikan aliran data hingga pada satu waktu, bus hanya berisi data dari satu buah device . Pada prakteknya bridge dan bus master ini disatukan dalam sebuah chipset . 

Arsitektur PC Modern

  

NB:
GPU = Graphics Processing Unit; AGP = Accelerated Graphics Port; HDD = Hard Disk Drive; FDD = Floppy Disk Drive; FSB = Front Side Bus; USB = Universal Serial Bus; PCI = Peripheral Component Interconnect; RTC = Real Time Clock; PATA = Pararel Advanced Technology Attachment; SATA = Serial Advanced Technology Attachment; ISA = Industry Standard Architecture; IDE = Intelligent Drive Electronics/Integrated Drive Electronics; MCA = Micro Channel Architecture; PS/2 =Sebuah port yang dibangun IBM untuk menghubungkan mouse ke PC;

Jika komputer dinyalakan, yang dikenal dengan nama booting, komputer akan menjalankan bootstrap program yaitu sebuah program sederhana yang disimpan dalam ROM yang berbentuk chip CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) . Chip CMOS modern biasanya bertipe EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), yaitu memori non-volatile (tak terhapus jika power dimatikan) yang dapat ditulis dan dihapus dengan pulsa elektronik. Lalu bootsrap program ini lebih dikenal sebagai BIOS (Basic Input Output System) .

2. BAGIAN-BAGIAN PENYUSUN KOMPUTER 

Untuk saat ini, komputer bukan lagi barang mewah. Karena komputer sudah menjadi kebutuhan yang sangat membantu dalam kegiatan manusia. Mulai dari ngetik, bermain game, browsing internet sampai dengan pekerjaan yang khusus yang menggunakan komputer misalnya komputasi data.

Untuk lebih mengenal komputer khususnya komputer pribadi, maka ada baik mengenal terlebih dahulu komponen-komponen yang menyusun sebuah komputer PC, khususnya komponen yang disebut dengan perangkat keras atau hardware. Sebagaimana disebutkan dalam tulisan sebelumnya, pada dasarnya hardware komputer itu tersusun atas tiga jenis komponen, yaitu komponen Input, Prosesor dan Output. Dengan demikian, komponen-komponen penyusun komputer PC juga tidak akan lepas dari ketiga jenis komponen tersebut.  Hanya saja nama-nama komponen penyusunnya berbeda-beda.

Komponen Input merupakan komponen yang berfungsi sebagai masukkan atau divais yang menjadi alur masukan ke komponen prosesor. Sementara komponen Prosesor merupakan komponen yang berperan untuk menangkap data masukan dari komponen input dan mengolah data tersebut berdasarkan program khusus. Dan komponen output adalah komponen yang berfungsi sebagai keluaran atau menampilkan data hasil data masukan yang sudah diproses atau diolah sehingga akan berguna bagi manusia sebagai penggunanya atau yang membutuhkan data keluaran tersebut.

Komponen komputer yang termasuk pada komponen Input adalah:

        I.            Keyboard, merupakan komponen yang berfungsi untuk memberikan masukan berupa data-data alfanumerik dan data ASCII lainnya.

      II.            Mouse. merupakan komponen yang sangat berfungsi dalam komputer yang menggunakan sistem operasi berbasis GUI, dimana dalam pengopersiannya akan berhubungan dengan pointer yang ada di layar monitor yang befungsi untuk mempercepat atau mempermudah dalam pengoperasian perintah-perintah program dalam komputer.

    III.            Trackpad, Trackball, sama dengan mouse. Yang membedakannya adalah bentuknya.

    IV.            Pen, digunakan sebagai pengganti pionter mouse. Biasanya digunakan pada komputer yang memiliki layar sentuh. Untuk memerikan perintah tertentu, tidak lagi menggunakan mouse, tapi tinggal menyentuhkan pen ke GUI di layar sentuh.

      V.            Microphone, komponen masukan yang memberikan data masukan berupa data suara.

    VI.            Scanner, digunakan untuk memindai gambar yang akan dimasukkan ke dalam sistem komputer menjadi berbentuk digital.

Komponen komputer yang termasuk pada komponen Output adalah:

        I.            Monitor, komponen yang menampilkan proses atau apa yang sedang dikerjakan oleh komputer. Termasuk menampilkan data hasil pengolahan.

      II.            Printer, untuk menampilkan atau mencetak data dari komputer.

    III.            Plotter, sama dengan printer. Yang membedakannya adalah kemampuan pencetakan datanya.

    IV.            Speaker atau Buzzer. Untuk menyampaikan informasi atau data hasil pengolahan dalam bentuk gelombang suara.

Komponen komputer yang termasuk pada komponen Pemroses adalah Prosesor beserta dengan perangkat pendukungnya:

a)      Prosesor, merupakan komponen utama pemrosesan data. Di dalam komponen ini seluruh data diproses berdasarkan program yang dijalankan.

b)      Motherboard, merupakan komponen yang menjadi tempat semua komponen berhubungan. Semua komponen mulai dari input, prosesor hingga output, berhubungan melalui komponen ini.

c)       Hard Disk, merupakan komponen yang berfungsi untuk menyimpan data dan program yang diperlukan oleh seluruh komponen (komputer). Komponen lainnya yang fungsinya sama dengan hard disk adalah Disk Drive (CD, DVD), Floppy-Drive.

d)      Memori (RAM), merupakan tempat penyimpanan data dan program yang sifatnya sementara yang digunakan untuk mempercepat proses dari kerja prosesor.

Komponen Perantara antara Prosesor dengan Input dan Output. Komponen ini umumnya berbentuk komponen tambahan berupa kartu atau Slot/Port: 

a)      Kartu VGA, merupakan perantara antara Prosesor (dan komponen pendukungnya) dengan layar penampil (monitor).

b)      Kartu Audio, merupakan perantara antara Prosesor (dan komponen pendukungnya) dengan speaker.

c)       Kartu Firewire, merupakan perantara antara Prosesor (dan komponen pendukungnya) dengan komponen input berkecepatan tinggi seperti kamera video.

d)      Kartu TV Tuner, merupakan perantara antara Prosesor (dan komponen pendukungnya) dengan komponen input untuk menerima siaran televisi.

e)      Kartu Capture, merupakan perantara antara Prosesor (dan komponen pendukungnya) dengan komponen input yang digunakan untuk menangkap aliran video analog.

3.     INTERKONEKSI ANTAR KOMPONEN KOMPUTER

Interkoneksi antar komponen dan analisanya

Pada Sistem Komputer, terdiri dari 4 bagian komponen, yaitu sebagai berikut :

1. Pemroses

Ø  Berfungsi untuk mengendalikan operasi komputer dan melakukan fungsi pemrosesan data.

Ø  Pemroses melakukan operasi logika dan mengelola aliran data dengan membaca instruksi dari memori dan mengeksekusinya.

Ø  Langkah kerja pemroses :

a)                   Mengambil instruksi biner dari memori

b)                  Mendekode instruksi menjadi aksi sederhana

c)                   Melakukan aksi

Ø  3 Tipe operasi komputer :

a)                   Operasi aritmatika (ADD, SUBSTRACT, MULTIPLY, DIVIDE)

b)                  Operasi logika (OR, AND, XOR, INVERTION)

c)                   Operasi pengendalian (LOOP, JUMP)

Ø  Pemroses terdiri dari :

o  ALU (Aritmatic Logic Unit), berfungsi untuk melakukan operasi aritmatika dan logika

o  CU (Control Unit), berfungsi untuk mengendalikan operasi yang dilaksanakan sistem komputer.

Register-register, berfungsi untuk :

a)      Membantu pelaksanaan operasi yang dilakukan pemroses

b)      Sebagai memori yang bekerja secara cepat, biasanya untuk tempat operand-operand dari operasi yang akan dilakukan.

c)       Terbagi menjadi register data dan register alamat.

d)      Register data terdiri dari general dan special purpose register.

Register alamat berisi :

a)      Alamat data di memori utama

b)      Alamat instruksi

c)       Alamat untuk perhitungan alamat lengkap

d)      Contoh : register indeks, register penunjuk segmen, register penunjuk stack, register penanda (flag)

Pemroses melakukan tugasnya dengan mengeksekusi instruksi-instruksi di program dengan mekanisme instruksi sebagai berikut :.

                    I.          Pemroses membaca instruksi dari memori (fetch)

                  II.          Pemroses mengeksekusi instruksi (execute)

Ø  Eksekusi program berisi pengulangan fetch dan execute. Pemrosesan satu instruksi disebut satu siklus instruksi (instruction cycle).

Gambar  : Siklus Eksekusi Instruksi

2. Memori

Ø  Berfungsi untuk menyimpan data dan program

Ø  Biasanya volatile, tidak dapat mempertahankan data dan program yang disimpan bila sumber daya energi (listrik) dihentikan.

Ø  Konsep program tersimpan (stored program concept), yaitu program (kumpulan instruksi) yang disimpan di suatu tempat (memori) dimana kemudian instruksi tersebut dieksekusi.

Ø  Setiap kali pemroses melakukan eksekusi, pemroses harus membaca instruksi dari memori utama. Agar eksekusi dilakukan secara cepat maka harus diusahakan instruksi tersedia di memori pada lapisan berkecepatan akses lebih tinggi. Kecepatan eksekusi ini akan meningkatkan kinerja sistem.

Hirarki memori berdasarkan kecepatan akses :

a)      Register (tercepat)

b)      Cache memory ; Memori berkapasitas terbatas, berkecepatan tinggi yang lebih mahal dibanding memori utama. Cache memory adalah diantara memori utama dan register, sehingga pemroses tidak langsung mengacu memori utama tetapi di cache memory yang kecepatan aksesnya lebih tinggi.

c)       Main memory

d)      Disk cache (buffering) ; Bagian memori utama untuk menampung data yang akan ditransfer dari/ke perangkat masukan/keluaran dan penyimpan sekunder. Buffering dapat mengurangi frekuensi pengaksesan dari/ke perangkat masukan/keluaran dan penyimpan sekunder sehingga meningkatkan kinerja sistem.

e)      Magnetic disk

f)       Magnetic tape, optical disk (paling lambat)

3. Perangkat Masukan dan Keluaran (I/O)

Ø  Adalah perangkat nyata yang dikendalikan chip controller di board sistem atau card.

Ø  Controller dihubungkan dengan pemroses dan komponen lainnya melalui bus.

Ø  Controller mempunyai register-register untuk pengendaliannya yang berisi status kendali.

Ø  Tiap controller dibuat agar dapat dialamati secara individu oleh pemroses sehingga perangkat lunak device driver dapat menulis ke register-registernya sehingga dapat mengendalikannya.

Ø  Sistem operasi lebih berkepentingan dengan pengendali dibanding dengan perangkat fisik mekanis

Ø  Perangkat I/O juga memindahkan data antara komputer dan lingkungan eksternal.

Lingkungan eksternal dapat diantarmuka (interface) dengan beragam perangkat, seperti :

a)      Perangkat penyimpan sekunder.

b)      Perangkat komunikasi

c)       Terminal

4. Interkoneksi antar Komponen

Ø  Adalah struktur dan mekanisme untuk menghubungkan antar komponen dalam sistem komputer yang disebut bus.

Bus terdiri dari tiga macam, yaitu :

a)      Bus alamat (address bus) ; Berisi 16, 20, 24 jalur sinyal paralel atau lebih. CPU mengirim alamat lokasi memori atau port yang ingin ditulis atau dibaca di bus ini. Jumlah lokasi memori yang dapat dialamati ditentukan jumlah jalur alamat. Jika CPU mempunyai N jalur alamat maka dapat mengalamati 2 pangkat N (2N) lokasi memori dan/atau port secara langsung.

b)      Bus data (data bus) ; Berisi 8, 16, 32 jalur sinyal paralel atau lebih. Jalur-jalur data adalah dua arah (bidirectional). CPU dapat membaca dan mengirim data dari/ke memori atau port. Banyak perangkat pada sistem yang dihubungkan ke bus data tetapi hanya satu perangkat pada satu saat yang dapat memakainya.

c)       Bus kendali (control bus); Berisi 4-10 jalur sinyal paralel. CPU mengirim sinyal-sinyal pada bus kendali untuk memerintahkan memori atau port. Sinyal bus kendali antara lain :

·                     Memory read ; Untuk memerintahkan melakukan pembacaan dari memori.

·                     Memory write ; Untuk memerintahkan melakukan penulisan ke memori.

·                     I/O read ; Untuk memerintahkan melakukan pembacaan dari port I/O.

·                     I/O write ; Untuk memerintahkan melakukan penulisan ke port I/O.

Ø  Mekanisme pembacaan ; Untuk membaca data suatu lokasi memori, CPU mengirim alamat memori yang dikehendaki melalui bus alamat kemudian mengirim sinyal memory read pada bus kendali. Sinyal tersebut memerintahkan ke perangkat memori untuk mengeluarkan data pada lokasi tersebut ke bus data agat dibaca CPU.

Ø  Interkoneksi antar komponen ini membentuk satu sistem sendiri, seperti ISA (Industry Standard Architecture), EISA (Extended ISA) dan PCI (Peripheral Component Interconnect).

Ø  Secara fisik interkoneksi antar komponen berupa “perkawatan”.

Ø  Interkoneksi memerlukan tata cara atau aturan komunikasi agar tidak kacau (chaos) sehingga mencapai tujuan yang diharapkan.