ORGANISASI & ARSITEKTUR KOMPUTER 2

UNIT CONTROL

IBP WIDJA, MT

Pendahuluan Eksekusi instruksi melibatkan rangkaian sub-langkah

yg disebut siklus. Setiap siklus terdiri atas rangkaian operasi fundamental yg disebut operasi mikro.

Unit Kontrol memiliki 2 tugas: Membuat processor melakukan operasi mikro pada urutan

yg sesuai yg ditentukan oleh program Menghasilkan sinyal kontrol yg menyebabkan setiap

operasi mikro bisa dieksekusi Sinyal kontrol yg dihasilkan oleh unit kontrol akan

mempengaruhi logic gate shg data dapat berpindah. Teknik untuk menerapkan unit kontrol dapat

dilakukan sebagai implementasi Hardwire atau implementasi Termikroprogram

Operasi Mikro

Setiap satu instruksi dapat dianggap sbg susunan sejumlah satuan siklus yg lebih kecil, misal (Fetch–execute di pipeline). Setiap satuan siklus kecil tersebut terdiri dari langkah2 operasi mikro

Kata mikro mengacu pada fakta bahwa tiap langkah adalah sederhana dan akan menyelesaikan operasi terkecil

Operasi mikro merupakan operasi prosessor yang fungsional dan atomic.

Elemen2 Eksekusi Program

op. Siklus Fetch

Contoh Siklus Fetch: Saat awal PC berisi 1100100 Memindahkan alamat ke

MAR Bus Alamat mengandung

alamat yg disimpan di MAR Unit kontrol mengeluarkan

perintah READ pada kontrol bus. Hasilnya muncul di bus data dan disalin ke MBR

Untuk menyiapkan instruksi berikutnya PC dinaikkan 1

Lankah terakhir adalah memindahkan isi MBR ke IR

Dengan demikian siklus Fetch sederhana sebenarnya terdiri atas 3 langkah dan 4 operasi mikro

Secara simbolik dapat ditulis sbb:

t1: MAR <-- (PC) t2: MBR <-- Memory PC <-- (PC) + I t3: IR <-- (MBR) t1,t2 dan t3 mrpk unit waktu

yg berdurasi sama & berurutan

Urutan Event op.Siklus Fetch

op.Siklus Fetch tak langsung

Operasi mikro sederhana untuk siklus fetch tidak langsung:

t1: MAR <-- (IR (alamat))t2: MBR <-- Memoryt3: IR (alamat) <--( MBR

(alamat))

Bidang alamat instruksi dipindahkan ke MAR

Bidang alamat tersebut digunakan untuk mengambil alamat operand

Alamat IR diperbaharui oleh MBR sedemikian shg berisi alamat langsung bukannya alamat tak langsung

op.Siklus Interupsi

Diakhir siklus eksekusi akan terjadi pengujian apakah ada interupsi, bila ada interupsi maka terjadilah siklus interupsi

Conoth Operasi mikro siklus interupsi serdernaha:

t1: MBR <-- (PC)t2: MAR <-- Alamat_simpan PC <--- Alamat_rutint3: Memory <-- (MBR)

Isi PC ditransfer ke MBR MAR kemudian dimuati oleh

alamat isi PC yg akan disimpan. PC akan dimuati awal rutin pengolahan interupsi.

Menyimpan MBR yg berisi isi PC yg lama ke dalam memori

op.Siklus Eksekusi

Siklus Eksekusi merupakan siklus yg tidak mudah untuk diprediksi dng demikian diambil contoh:

ADD R1, X operasi mikro yg terjadi:

t1: MAR<--IR(alamat) t2: MBR<--Memory t3: R1<--R1+MBR

operasi diatas mrpk op. yg sangat sederhana, masih dibutuhkan beberapa op.lagi untuk menyimpan result ke memory

Contoh lain eksekusi branch and save address pd instruksi:

BSA X Alamat instruksi yg berada

setelah instruksi BSA disimpan di lokasi X. Dan eksekusi dilanjutkan pada lokasi X+1

op. nya: t1: MAR<--(IR (Alamat))

MBR<--(PC) t2: PC<--(IR (Alamat))

memory<--(MBR) t3: PC<--(PC) + I

op.Siklus Instruksi Jadi setiap fase siklus instruksi akan diuraikan

menjadi rangkaian op.elementer. Seluruh rangkaian op.dapat digambarkan secara

utuh dgn mengandaikan register 2-bit yg berisi ICC (Instruction Code Cycle):

00: Fetch01: Indirect Fetch10: Eksekusi11: Interupsi Siklus tidak langsung selalu diikuti siklus eksekusi.

Siklus Interupsi selalu diikuti siklus fetch Diagram dibawah menggambarkan rangkaian

op.lengkap yg hanya tergantung rangkain instruksi dan pola interupsi

op.Siklus Instruksi Jadi setiap fase siklus instruksi akan diuraikan

menjadi rangkaian op.elementer. Seluruh rangkaian op.dapat digambarkan secara

utuh dgn mengandaikan register 2-bit yg berisi ICC (Instruction Code Cycle):

00: Fetch01: Indirect Fetch10: Eksekusi11: Interupsi Siklus tidak langsung selalu diikuti siklus eksekusi.

Siklus Interupsi selalu diikuti siklus fetch Diagram dibawah menggambarkan rangkaian

op.lengkap yg hanya tergantung rangkain instruksi dan pola interupsi

Opcode?

Interupsi?

Eksekusi Instruksi

ICC=11 ICC=00

Baca Alamat

ICC=10

ICC ?

MengambilInstruksi

Pengalamatan tak langsung ?

ICC=10 ICC=01

InterupsiSetup

ICC=00

11 (interupsi) 00 (fetch)

ya tidak tidak ya

Kontrol Prosessor

Definisi fungsional dari tentang apa yang dilakukan oleh unit kontrol adalah: Pengurutan: unit kontrol menyebabkan prosessor

menuju sejumlah operasi mikro dalam urutan yg benar berdasarkan pada program yang sedang dieksekusi

Eksekusi: Unit kontrol menyebabkan setiap operasi mikro dilakukan

Cara unit kontrol beroperasi yaitu dengan menggunakan sinyal-sinyal kontrol

Sinyal Kontrol

Spesifikasi eksternal: Dalam melaksanakan fungsinya, Unit Kontrol harus memiliki input yg memungkinkan untuk mengetahui status sistem dan memiliki output yg dapat mengatur prilaku sistem

Spesifikasi internal: Unit kontrol harus memiliki logika yg diperlukan untuk membentuk fungsi pengurutan dan fungsi eksekusinya

Elemen2 sinyal kontrol: Sinyal yg mengaktivasi fungsi-fungsi ALU Sinyal yg mengaktivasi alur-alur data Sinyal pd bus sistem eksternal atau interface lainnya

Model Unit Kontrol

UnitKontrol

Flag

Clock

Register Instruksi

Sinyal Kontrol dalam CPU

Bus Kontrol

Sinyal Kontrolpd bus sistem

Sinyal Kontroldari bus sistem

Input Unit Kontrol

Unit kontrol mempunyai beberapa input, diantaranya: Clock: berfungsi untuk sinkronisasi operasi antar

komponen 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.

Instruction register: menggunakan opcode untuk menentukan operasi mikro yang akan dilakukan selama siklus eksekusi

Sinyal kontrol dari ”bus control”: memberi jalur ke unit kontrol untuk sinyal-sinyal tertentu, seperti sinyal interrupt dan sinyal acknowledgment

Output Sinyal Kontrol

1. Sinyal kontrol di dalam CPU (control signals within CPU): output unit kontrol terdiri dari dua macam sinyal, yaitu: Sinyal-sinyal yang dapat mengaktifkan fungsi ALU

yang spesifik sinyal-sinyal yang menyebabkan perpindahan data

antar register2. Sinyal kontrol ke ”bus control” juga terdiri atas 2 sinyal,

yaitu. sinyal kontrol ke memori sinyal kontrol ke modul-modul I/O

Implementasi Unit Kontrol

Implementasi Hardwired Implementasi Microprogrammed

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 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.

Implementasi Hardwired...

Masalah dalam Merancang Implementasi Hardwired: Memiliki kompleksitas dalam pengurutan dan

operasi mikronya Sulit didesain dan dilakukan pengetesan Tidak fleksibel Sulit untuk menambahkan instruksi baru

Control Signal: IP  LP  EP  LM  R  W  LD  ED  LI  EI  LA  EA  A  S  EU  LB

Instruction:

-----------------------------------------------------------------------------

"Fetch"         T2      T0  T0  T1        T2  T2

LDA                         T3  T4        T5      T3  T5

STA                         T3     T5 T4          T3      T4

MBA                                                       T3            T3

ADD                                                   T4      T3    T4

SUB                                                   T4         T3 T4

JMP                 T3                            T3

JN                 T3*NF                         T3*NF

 

A Matrix of Times at which Each Control Signal Must Be Active in Order toExecute the Hard-wired Basic Computer's Instructions

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.

Unit Kontrol Termikroprogram Set instruksi mikro

disimpan didalam memori kontrol

Register alamat kontrol berisi alamat instruksi mikro berikut yg akan dibaca

Ketika instruksi mikro dibaca dari memori kontrol, instruksi tersebut dipindahkan ke register buffer kontrol

Sequence logic memuatkan register alamat kontrol dan mengelarkan instruksi read

Unit Kontrol Termikroprogram ...

Untuk mengeksekusi instruksi SL mengeluarkan read ke CM

Word yg terbaca dng alamat dari CAR akan ditransfer dari CM ke CBR

Isi dari CBR menghasilkan sinyal kontrol & informasi alamat berikutnya untuk menuntun SL

SL akan memuat sebuah alamat baru ke CAR berdasarkan informasi dari CBR dan ALU flag

Semua kejadian diatas terjadi selama 1 pulsa clock

Kelebihan dan Kekurangan pada unit Kontrol Termikroprogram

Kelebihan: Dapat menyederhanakan perancangan unit kontrol Lebih murah dan lebih sedikit kesalahan yg bisa terjadi

pada saat implementasi Penerapan Sequence Logic dan Dekoder merupakan

bagian logika yg mudah daripada unit kontrol hardwire yg merupakan circuit logic yg sangat kompleks .

Kekurangan Unit Termikroprogram akan lebih lambat daripada unit

hardwired

Teknik ini banyak pada CISC dan unit kontrol hardwired lebih digunakan pada RISC

Eksekusi Instruksi Mikro

Pada dasarnya eksekusi ini adalah untuk menghasilkan sinyal-sinyal kontrol

Sebagian sinyal-sinyal tersebut menuju ke dalam CPU dan sebagian lagi ke bus kontrol eksternal atau antarmuka eksternal lainnya

Aplikasi Pemrograman Mikro

Semenjak pemrograman mikro populer di th 1960 maka terdapat banyak variasi implementasi.

Aplikasi tsb meliputi: Realisasi Komputer Emulasi : mengemulasi mesin lain Dukungan sistem operasi: peningkatan kinerja dng implementasi

bentuk2 primitif untuk menggantikan bagian penting software SO

Realisasi spesial equipment: Card modem, dsg Dukungan bahasa tingkat tinggi: Jenis yg dapat langsung

diterapkan pada firmware Cobol, Foltran Dianostic mikro: firmware untuk mendukung pengawasan,

pendeteksian, isolasi dan perbaikan kesalahan sistem Penyesuaian pemakai: memori kontrol pd RAM bukan ROM shg

user dapat melakukan program mikro sesuai dengan keperluan user tsb.

end of slide