Muhammad Afandi: Control Logical Unit (CLU) Dan Set Register

Control Logical Unit (CLU) dan Set Register

Control Unit merupakan bagian yang berfungsi sebagai pengatur dan mengatur dan pengendali semua peralatan computer, 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.

Gambar.1 Alur Control Unit

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. Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan

5. logika serta mengawasi kerja.

6. Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Proses tiga langkah karakteristik unit control:

1. Menentukan elemen dasar prosesor

2. Menjelaskan operasi mikro yang akan dilakukan prosesor

3. Menentukan fungsi-fungsi yang harus dilakukan unit control agar menyebabkan pembentukan operasi mikro

Masukan-masukan unit control:

1. Clock/pewaktu

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

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 acknow ledgement.

Keluaran-keluaran unit control:

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

Gambar.1.2 Cara kerja Control Unit

Cara Kerja Control Unit

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

Program counter dari suatu komputer 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 memori.

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, execute cucle, dan interrupt cycle. Setiap sub cycle ini disusun dari beberapa perintah dasar yang disebut micko operation.

Macam-macam CU :

1. Single-Cycle CU Proses di CUl ini hanya terjadi dalam satu clock cycle, artinya setiap instruksi 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. Multi-Cycle CU 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 output control line 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 dijalankan CPU;

2. bukan instruksi cycle

3. selanjutnya.

Macam-macam CLU :

1. Single-Cycle CU

Proses di Single-Cycle CU ini hanya terjadi dalam satu clock cycle, artinya setiap instruksi 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. Multi-Cycle CU

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 output control line 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 dijalankan CPU.

2.1 Struktur Register

Pengertian Register

Register merupakan sebagian memori dari mikroprosesor yang dapat diakses dengan kecepatan yang sangat tinggi.Sebuah register adalah sebuah tempat penampungan semantara untuk data-data yang akan diolah oleh prosesor, dan dibentuk oleh 16 titik elektronis didalam chip mikroprosesor itu sendiri.dengan adanya penampungan data sementara ini,proses pengolahan akan bisa dilakukan secara cepat di bandingkan apabila data-data tersebut harus diambil langsung dari lokasi-lokasi memori. Register adalah sebagian kecil memori komputer yang dipakai untuk tempat penampungan data. Data yang terdapat dalam register dapat diproses dalam berbagai operasi dengan melihat berapa besar kemampuan register tersebut (8 atau 16 bit).

Jenis-Jenis Register

Register yang di gunakan oleh mikroprosesor di bagi menjadi 4 bagian dengan tugasnya yang berbeda-beda yaitu:

Segment Registers

Merupakan registers 16 bit yang berguna mencatat alamat sebagaii penunjuk lokasi data di memory. Registers ini terdiri dari 20 jalur alamat external tetapi memiliki 16 bit alamat internal.

Segmen register ini memiliki empat bagian yaitu :

· Register CS (Code Segment)

Code segmen berfungsi untuk mencatat segmen dari kode program/ instruksi atau digunakan untuk menunjukkan tempat dari segmen yang sedang aktif. Register CS berpasangan dengan register IP (Instruction Pointer) dalam format CS:IP.

· Register DS (Data Segment)

Data segmen biasanya digunakan untuk menunjukkan tempat segmen dimana data-data disimpan atau Menyimpan alamat dari segment dimana data terletak.

· Register SS (Stack Segment)

Stack segmen adalah berfungsi untuk menyimpan alamat dari segmen dimana data terletak atau Menyimpan alamat segment memori yang dipergunakan sebagai stack.

· Register ES (Extra Segment)

Extra segmen adalah sesuai dengan namanya adalah suatu register bonus yang tidak yang menpunyai suatu tugas khusus, yang berfungsi untuk menyimpan alamat tambahan: misalnya alamat display, alamat sistem operasi, dan sebagainya.

Pointer dan Index Register

Merupakan register yang digunakan sebagai penunjuk (pointer) terhadap suatu lokasi di memori. Register-register ini berukuran 16 bit.

· Register SP (Stack Pointer, 16 bit)

Fungsi: Digunakan untuk operasi stack seperti menyimpan alamat return saat memanggil subroutine. SP merupakan register yang secara implisit digunakan oleh perintah PUSH dan POP yaitu menyimpan dan mengambil kembali dari stack.

· Register BP (Base Pointer, 16 bit)

Fungsi: Sebagai penunjuk base dalam stack yang disediakan untuk penyimpanan data. BP juga digunakan dalam komunikasi dengan bahasa pemrograman misalnya Assembler dan C.

· Register SI dan DI (Source Index dan Destination index, 16 bit)

Fungsi: Menyimpan nilai-nilai offset dalam segment data memori pada saat bersangkutan.

General Purpose Register

Register 16 bit yang terdiri dari AX, BX, CX dan DX. Sebagai pilihan lain dapat digunakan AH, BH, CH dan DH (bagian tertinggi) yang masing-masing 8 bit dan juga bisa digunakan AL, BL, CL, dan DL (bagian terendah) yang masing-masing 8 bit.

· Accumulator Register AX

Fungsi: Sebagai akumulator dan berhubungan dengan jenis-jenis operasi khusus seperti Aritmetika, In/Out, Shift, Logic, Rotate, dan operasi desimal berkode biner.

· Base Register BX

Fungsi: Sebagai register base untuk mereferensi alamat memori. Operasi yang dapat dilakukan adalah Rotate, Logic, Shift, dan Aritmetika.

· Counter Register CX

Fungsi: Sebagai pencacah implisit dengan instruksi tertentu, misalnya terhadap perintah Loop dan operasi string. Counter naik jika direction flag bernilai 0, dan counter turun jika direction flag bernilai 1.

· Data Register DX

Fungsi: Menyimpan alamat port I/O selama operasi I/O tertentu, baik alamat port 8 bit maupun 16 bit. Digunakan juga dalam operasi perkalian dan pembagian.

Ø Flag Registers

Merupakan register berukuran 1 bit yang menunjukkan kondisi dari suatu keadaan (ya/tidak atau 0/1)

Ø (Carry Flag)

Tugasnya: Dimana sebuah carry out atau borrow, jika hasilnya adalah bit tertinggi (nilai 1).

Ø PF (Parity Flag)

Yaitu tugasnya Menset (nilai 1), jika instruksi menghasilkan sebuah angka genap (even parity).

Ø AF (Auxiliary Flag)

Tugas: Digunakan oleh instruksi pegaturan desimal.

Ø ZF(Zero Flag)

Tugasnya: Menset (nilai 1), jika hasil instruksi adalah 0.

Ø SF (Sign Flag)

Tugasnya: Menset (nilai 1), jika hasilnya adalah negatif dan bernilai 0 jika positif. Kontrol Flag terdiri dari:

Ø OF (Overflow Flag)

Tugasnya: Menunjukkan sebuah operasi yang tidak benar yaitu merubah hasil daripada tanda bit.

Ø IF (Interrupt Enable Flag)

Tugasnya: Jika diset (nilai 1) dapat melakukan operasi interupsi dan sebaliknya bila bernilai 0, maka interupsi tidak dapat dilakukan.

Ø DF (Direction Flag)

Tugasnya yaitu: Mengontrol arah dari operasi string. Jika DF=1, maka register SI dan DI nilainya menurun (decrement); jika DF=0, maka register DI dan SI nilai menaik (increment). Register ini digunakan untuk instruksi-instruksi MOVS, MOVSB, MOVSW, CMPS, CMPSB, dan CMPSW.

Ø TF (Trap Flag)

Di gunakan terutama untuk Debugging, dengan operasi step by step.

· Flag A (auxiliary)

Digunakan untuk menyesuaikan nilai AL pada penjumlahan atu pengurangan suatu bunary code desimal apkah terjadi carry atau borrow.

· Flag C (carry) bernilai 1 bila carry pada operasi penjumlahan atau terjadi borrow pada operasi pengurangan.

· Flag D (direction) digunakan pada operasi string untuk menunjukkan orah proses .

· Flag I (interrupt) bila bit bernilai 0 maka cpu akan mengabaikan interrupt yang terjadi.

· Flag O (overlow) bernilai 1 bila terjadi overlow pada operasi aritmatika.

CPU Interconnection

CPU interconnection, adalah sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal CPU, yaitu ALU, unit kontrol dan register register dan juga dengan bus – bus eksternal CPU yang menghubungkan dengan sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan/keluaran
ini merupakan contoh Struktur Detail Internal CPU.