Control Unit: Pengertian, Fungsi, Jenis, Proses & Siklus

Pengertian Control Unit

Control unit adalah komponen di dalam processor atau CPU yang menangani semua kontrol sinyal pada prosesor dalam artian mengarahkan semua aliran data dari input maupun output untuk mengambil kode instruksi dari program dan mengarahkan unit-unit lain dengan menyediakan kontrol dan sinyal pewaktuan/timing (Suryawinata, 2018, hlm. 163).

Sementara itu menurut Dfd (2021, hlm. 80) control unit atau unit kontrol merupakan bagian prosesor yang bertugas untuk mengendalikan perangkat yang terpasang pada komputer, dari alat input, output, dan penyimpanan. Apabila prosesor adalah otak dari komputer, maka control unit atau sering disingkat CU dapat dikatakan sebagai otak dari prosesor yang bekerja sama dengan ALU, karena CU yang mengeluarkan perintah untuk hampir semua proses dari prosesor.

Hampir semua operasi yang dilakukan oleh prosesor ikut diproses pula oleh control unit untuk memastikan bahwa semua instruksi yang dijalankan itu bernilai benar. Caranya adalah control unit mengambil input-an dari instruksi dan status dari register aturan operasi dari CPU atau micro program di dalam program logika atau read only memory (ROM) (Suryawinata, 2018, hlm. 163).

Control unit didesain dalam dua bentuk, yakni sebagai berikut.

1. Hard Wired
   Bentuk yang pertama adalah control unit secara hard wired atau dalam desain dan bentuk yang didasarkan pada arsitektur yang tetap atau sudah ada pakem. Pada desain hard-wired ini, control unit terbuat dari flip-flop, gerbang logika, sirkuit digital, serta encoder dan decoder yang tersambung dengan cara yang spesifik. Ketika ada perubahan set instruksi maka sambungan dan sirkuit harus diubah juga. Hal ini lebih disukai pada arsitektur RISC yang hanya memiliki instruksi yang lebih sedikit.
2. Program Mikro (Micro Programming)
   Desain Control unit yang kedua adalah menggunakan kontrol program mikro. Kontrol program mikro tersimpan pada memori khusus yang digunakan untuk mengontrol dan berbasiskan flowchart. Kontrol mikro program ini dapat diubah karena sifatnya sederhana (Suryawinata, 2018, hlm. 163).

Unit control mengawasi pelaksanaan siklus instruksi dan membangkitkan sinyal-sinyal kontrol relevan pada saat yang tepat agar operasi yang tepat dapat dikerjakan pada CPU dan unit-unit eksternal lainnya seperti memori dan I/O controller/devices. Unit control dirancang untuk suatu organisasi datapath spesifik sepeti ALU, register dan sebagainya.

Dapat disimpulkan bahwa control unit adalah salah satu bagian dari prosesor yang melakukan operasi kontrol pada seluruh kegiatan yang terjadi di dalam prosesor, baik itu pemrosesan data, penulisan data, penyimpanan data, maupun instruksi-instruksi lainnya.

Fungsi Control Unit

Apabila diejawantahkan, control unit terdiri atas beberapa fungsi, yakni:

1. mengontrol eksekusi instruksi secara berurutan dan menerjemahkan perintah;
2. selanjutnya control unit mengarahkan aliran data kepada area komputer yang berbeda sesuai dengan peruntukannya masing-masing;
3. control unit juga mengatur dan mengontrol pewaktuan atau timing;
4. control unit mengirim dan menerima sinyal kontrol dari perangkat komputer yang lain;
5. control unit juga memiliki fungsi untuk menghandle macam-macam perintah seperti fetching, decoding, execution handling, dan menyimpan hasil perhitungan.

Jenis-Jenis Control Unit

Setidaknya terdapat dua jenis Control unit apabila dilihat dari proses cycle atau perputaran/alur kerjanya. Jenis control unit tersebut di antaranya adalah sebagai berikut.

1. Single-Cycle CU
   Proses di Single-Cycle CU ini hanya terjadi dalam satu clock cycle yang artinya setiap instruksi ada pada satu cycle yang tidak memerlukan beberapa State atau keadaan. Dengan demikian, fungsi boolean masing-masing control line hanya merupakan fungsi dari opcode Dalam jenis ini, clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis instruksi. Ada dua bagian pada control unit ini, yaitu proses mendecode opcode untuk mengelompokkannya menjadi 4 macam instruksi (yaitu di gerbang AND), dan pemberian sinyal kontrol berdasarkan jenis instruksinya (yaitu gerbang OR).
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. Dengan demikian, 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.

Cara Kerja Control Unit

Ketika sebuah komputer pertama kali diaktifkan power-nya, maka komputer 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-instruksi dibaca dari memory 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 instruksi baru ke program counter sebelum pembacaan (fetch) instruksi dikerjakan. Sebuah instruksi merupakan kalimat imperatif pendek yang sudah dapat menjelaskan makna dari perintah tersebut. Suatu instruksi terdiri atas:

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 instruksi-instruksi diterima oleh control unit, operation code akan mengaktifkan urutan logic untuk mengeksekusi instruksi-instruksi tersebut. Satu eksekusi program terdiri dari beberapa instruction cycle yang menjadi komponen penyusun dari program tersebut. Sedangkan untuk setiap instruction cycle terdiri dari beberapa subcycle lagi seperti fetch cycle, indirect cycle, execute cycle, dan interrupt cycle. Setiap subcycle ini disusun dari beberapa perintah dasar yang disebut micro operation.

Siklus Instruksi Control Unit

Control unit memiliki beberapa siklus instruksi yang melibatkan bermacam mode pengalamatan dan format operandi dari berbagai instruksi suatu CPU. Siklus instruksi terdiri dari micro operation, fetch, indirect, interrupt,  dan execution cycle yang akan dijelaskan sebagai berikut.

Micro Operation

Micro operation merupakan operasi atomic dari CPU (Atomic operation of CPU). Micro operation adalah kerja atau eksekusi terhadap data yang tersimpan pada register danmerupakan cara kerjanya dalam satu pulsa clock. Atau pengertian lainnya micro operation adalah suatu operasi mikro di mana suatu komputer menjalankan suatu program dan melakukan siklus proses memasukkan dan mengambil data atau melakukan eksekusi (fetch/execute cycle).

Fetch cycle

Fetch adalah siklus pengambilan data ke memori atau register. Berikut adalah contoh aliran data siklus pengambilan (fetch cycle).

1. Urutan kejadian selama siklus instruksi tergantung pada rancangan CPU.
2. Asumsi: sebuah CPU yang menggunakan register memori alamat (MAR), register memori buffer (MBR), pencacah program (PC) dan register instruksi (IR).
3. Pada saat siklus pengambilan (fetch cycle), instruksi dibaca dari memori.
4. PC berisi alamat instruksi berikutnya yang akan diambil.
5. Alamat ini dipindahkan ke MAR dan ditaruh di bus alamat.
6. Unit control meminta pembacaan memori dan hasilnya disimpan di bus data dan disalin ke MBR dan kemudian dipindahkan ke IR.
7. PC naik nilainya 1, sebagai persiapan untuk pengambilan selanjutnya.
8. Siklus selesai, unit control memeriksa isi IR untuk menentukan apakah IR berisi operand specifier yang menggunakan pengalamatan tak langsung.

Indirect Cycle (Siklus tidak Langsung)

Siklus tidak langsung adalah eksekusi sebuah instruksi melibatkan sebuah operandi atau lebih di dalam memori, yang masing-masing operand memerlukan akses memori. Pengambilan alamat-alamat tak langsung dapat dianggap sebagai sebuah sub-siklus instruksi atau lebih.

Interupsi

Interrupt/Interupsi adalah suatu permintaan khusus kepada mikroposesor untukmelakukan sesuatu. Bila terjadi interupsi, maka komputer akan menghentikan dahulu apa yang sedang dikerjakannya dan melakukan apa yang diminta oleh yang menginterupsi.

Execution Cycle

Execution cycle 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/penambilan data dari main memory, mengirim instruksi ke ALU untuk melakukan operasi aritmatika atau logika dan menyimpan hasil pengolahan kembali ke main memory.

Referensi

1. Natali, dkk. (2021). Informatika smp Kelas VIII. Jakarta: Pusat Kurikulum dan Perbukuan Kemdikbudristek.
2. Suryawinata, M. (2018). Arsitektur dan organisasi komputer. Sidoarjo: UMSIDA Press.