ORGANISASI & ARSITEKTUR KOMPUTER 2

UNIT CONTROL

IBP WIDJA, MT

PendahuluanEksekusi 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 programMenghasilkan sinyal kontrol yg menyebabkan setiap operasi mikro bisa dieksekusiSinyal 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 MikroSetiap satu instruksi dapat dianggap sbg susunan sejumlah satuan siklus yg lebih kecil, misal (Fetchexecute di pipeline). Setiap satuan siklus kecil tersebut terdiri dari langkah2 operasi mikroKata 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 FetchContoh Siklus Fetch:Saat awal PC berisi 1100100Memindahkan alamat ke MARBus Alamat mengandung alamat yg disimpan di MARUnit kontrol mengeluarkan perintah READ pada kontrol bus. Hasilnya muncul di bus data dan disalin ke MBRUntuk menyiapkan instruksi berikutnya PC dinaikkan 1Lankah terakhir adalah memindahkan isi MBR ke IRDengan demikian siklus Fetch sederhana sebenarnya terdiri atas 3 langkah dan 4 operasi mikroSecara simbolik dapat ditulis sbb:t1: MAR

Urutan Event op.Siklus Fetch

op.Siklus Fetch tak langsungOperasi mikro sederhana untuk siklus fetch tidak langsung:t1: MAR

op.Siklus InterupsiDiakhir siklus eksekusi akan terjadi pengujian apakah ada interupsi, bila ada interupsi maka terjadilah siklus interupsiConoth Operasi mikro siklus interupsi serdernaha:t1: MBR

op.Siklus EksekusiSiklus Eksekusi merupakan siklus yg tidak mudah untuk diprediksi dng demikian diambil contoh:ADD R1, Xoperasi mikro yg terjadi:t1: MAR

op.Siklus InstruksiJadi 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 fetchDiagram dibawah menggambarkan rangkaian op.lengkap yg hanya tergantung rangkain instruksi dan pola interupsi

op.Siklus InstruksiJadi 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 fetchDiagram dibawah menggambarkan rangkaian op.lengkap yg hanya tergantung rangkain instruksi dan pola interupsi

Opcode?Interupsi?Eksekusi InstruksiICC=11ICC=00Baca AlamatICC=10ICC ?MengambilInstruksiPengalamatan tak langsung ?ICC=10ICC=01InterupsiSetupICC=0011 (interupsi)00 (fetch)yatidaktidakya

Kontrol ProsessorDefinisi 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 dieksekusiEksekusi: Unit kontrol menyebabkan setiap operasi mikro dilakukanCara unit kontrol beroperasi yaitu dengan menggunakan sinyal-sinyal kontrol

Sinyal KontrolSpesifikasi eksternal: Dalam melaksanakan fungsinya, Unit Kontrol harus memiliki input yg memungkinkan untuk mengetahui status sistem dan memiliki output yg dapat mengatur prilaku sistemSpesifikasi internal: Unit kontrol harus memiliki logika yg diperlukan untuk membentuk fungsi pengurutan dan fungsi eksekusinyaElemen2 sinyal kontrol: Sinyal yg mengaktivasi fungsi-fungsi ALUSinyal yg mengaktivasi alur-alur dataSinyal pd bus sistem eksternal atau interface lainnya

Model Unit KontrolUnitKontrolFlagClockRegister InstruksiSinyal Kontrol dalam CPUBus KontrolSinyal Kontrolpd bus sistemSinyal Kontroldari bus sistem

Input Unit KontrolUnit kontrol mempunyai beberapa input, diantaranya:Clock: berfungsi untuk sinkronisasi operasi antar komponenFlag: 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 eksekusiSinyal kontrol dari bus control: memberi jalur ke unit kontrol untuk sinyal-sinyal tertentu, seperti sinyal interrupt dan sinyal acknowledgment

Output Sinyal KontrolSinyal 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 spesifiksinyal-sinyal yang menyebabkan perpindahan data antar registerSinyal kontrol ke bus control juga terdiri atas 2 sinyal, yaitu.sinyal kontrol ke memorisinyal kontrol ke modul-modul I/O

Implementasi Unit KontrolImplementasi HardwiredImplementasi Microprogrammed

Implementasi HardwiredUnit 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 mikronyaSulit didesain dan dilakukan pengetesanTidak fleksibelSulit 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 to Execute the Hard-wired Basic Computer's Instructions

Implementasi MicroprogrammedImplementasi yang paling reliabel saat ini adalah implementasi microprogrammed. Unit kontrol memerlukan sebuah memori untuk menyimpan program kontrolnya.Fungsifungsi pengontrolan dilakukan berdasarkan program kontrol yang tersimpan pada unit kontrol. Selain itu, fungsifungsi pengontrolan tidak berdasarkan dekode dari input unit kontrol lagi.Teknik ini dapat menjawab kesulitankesulitan yang ditemui dalam implementasi hardwired.

Unit Kontrol TermikroprogramSet instruksi mikro disimpan didalam memori kontrolRegister alamat kontrol berisi alamat instruksi mikro berikut yg akan dibacaKetika instruksi mikro dibaca dari memori kontrol, instruksi tersebut dipindahkan ke register buffer kontrolSequence logic memuatkan register alamat kontrol dan mengelarkan instruksi read

Unit Kontrol Termikroprogram ...Untuk mengeksekusi instruksi SL mengeluarkan read ke CMWord yg terbaca dng alamat dari CAR akan ditransfer dari CM ke CBRIsi dari CBR menghasilkan sinyal kontrol & informasi alamat berikutnya untuk menuntun SLSL akan memuat sebuah alamat baru ke CAR berdasarkan informasi dari CBR dan ALU flagSemua kejadian diatas terjadi selama 1 pulsa clock

Kelebihan dan Kekurangan pada unit Kontrol TermikroprogramKelebihan:Dapat menyederhanakan perancangan unit kontrol Lebih murah dan lebih sedikit kesalahan yg bisa terjadi pada saat implementasiPenerapan Sequence Logic dan Dekoder merupakan bagian logika yg mudah daripada unit kontrol hardwire yg merupakan circuit logic yg sangat kompleks .KekuranganUnit Termikroprogram akan lebih lambat daripada unit hardwired

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

Eksekusi Instruksi MikroPada 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 MikroSemenjak pemrograman mikro populer di th 1960 maka terdapat banyak variasi implementasi. Aplikasi tsb meliputi:Realisasi Komputer Emulasi : mengemulasi mesin lainDukungan sistem operasi: peningkatan kinerja dng implementasi bentuk2 primitif untuk menggantikan bagian penting software SORealisasi spesial equipment: Card modem, dsgDukungan bahasa tingkat tinggi: Jenis yg dapat langsung diterapkan pada firmware Cobol, FoltranDianostic mikro: firmware untuk mendukung pengawasan, pendeteksian, isolasi dan perbaikan kesalahan sistemPenyesuaian pemakai: memori kontrol pd RAM bukan ROM shg user dapat melakukan program mikro sesuai dengan keperluan user tsb.

end of slide

*****************************