Operasi Unit Kontrol

Organisasi Komputer II

STMIK – AUB Surakarta

Micro-Operations

Fungsi sebuah komputer adalah mengeksekusi program.

Siklus Fetch/execute selalu terjadi Tiap siklus memiliki sejumlah langkah yang

terdiri dari register-register CPU Ingat pipelining!

Tiap langkah disebut operasi mikro (micro-operation)

Tiap langkah berupa langkah sederhana (Atomic operation of CPU)

Constituent Elements of Program Execution

Fetch - 4 RegistersMemory Address Register (MAR)

Connected to address bus Specifies address for read or write op

Memory Buffer Register (MBR) Connected to data bus Berisi data yang akan disimpan atau nilai terakhir yang

dibaca

Program Counter (PC) Holds address of next instruction to be fetched

Instruction Register (IR) Holds last instruction fetched

Fetch Sequence

Address of next instruction is in PC Address (MAR) is placed on address bus Control unit issues READ command Result (data from memory) appears on data bus Data from data bus copied into MBR PC incremented by 1 (in parallel with data fetch

from memory) Data (instruction) moved from MBR to IR MBR is now free for further data fetches

Fetch Sequence (symbolic)

t1: MAR <- (PC) t2: MBR <- (memory) PC <- (PC) +1 t3: IR <- (MBR) (tx = time unit/clock cycle) or t1: MAR <- (PC) t2: MBR <- (memory) t3: PC <- (PC) +1 IR <- (MBR)

Aturan Pengelompokan Operasi Mikro per Clock Cycle

Rangkaian kejadian yang benar harus dipenuhi MAR <- (PC) harus mendahului MBR<- (memory)

Konflik harus dihindari Tidak diperbolehkan membaca dan menulis ke register

yang sama pada saat yang bersamaan MBR <- (memory) & IR <- (MBR) must not be in same

cycle

Perlu diperhatikan juga operasi penambahan : PC <- (PC) +1 Use ALU May need additional micro-operations

Indirect Cycle

MAR <- (IRaddress) - address field of IR MBR <- (memory) IRaddress <- (MBRaddress)

Field alamat instruksi dipindahkan ke MAR MBR contains an address (alamat yang

dipindahkan digunakan untuk mengambil alamat operand)

Alamat field IR diupdate dari MBR (IR berisi alamat langsung)

IR berada dalam status yang sama seperti halnya apabila pengalamatan tak langsung tidak pernah digunakan dan siap untuk siklus eksekusi

Interrupt Cycle

t1: MBR <-(PC) t2: MAR <- save-address PC <- routine-address t3: memory <- (MBR)

Isi PC dipindahkan ke MBR MAR dimuati alamat dimana isi PC akan disimpandan

PC dimuati dengan alamat awal rutin pengolahan interrupt. This is a minimum

CPU membutuhkan operasi mikro tambahan untuk memperoleh alamat simpan dan alamat rutin

N.B. saving context is done by interrupt handler routine, not micro-ops

Menyimpan MBR, yang berisi nilai PC lama ke memori

Execute Cycle (ADD)

Different for each instructione.g. ADD R1,X - add the contents of

location X to Register 1 , result in R1t1: MAR <- (IRaddress)t2: MBR <- (memory)t3: R1 <- R1 + (MBR)Note no overlap of micro-operations

Execute Cycle (ISZ)

ISZ X - increment and skip if zero t1: MAR <- (IRaddress) t2: MBR <- (memory) t3: MBR <- (MBR) + 1 t4: memory <- (MBR) if (MBR) == 0 then PC <- (PC) + 1

Notes: if is a single micro-operation Micro-operations done during t4

Persyaratan Fungsional

Menentukan elemen dasar CPU Mendiskripsikan operasi mikro yang harus

dilakukan CPU Menentukan fungsi-fungsi yang harus dilakukan

Control Unit agar menyebabkan operasi-operasi mikro.

ALU elemen komputer paling dasar

Register menyimpan data (informasi status program, memori, register

dan modul I/O)

System Interconnection Internal Data Path

memindahkan data antar register dan antara register dan ALU External Data Path

menghubungkan register ke memori dan modul I/O dan terkadang dengan bus sistem

Control Unit menyebabkan operasi dalam CPU

Elemen Dasar Prosesor

FUNGSI CONTROL UNIT

Sequencing (mengurutkan operasi) Membuat CPU menuju sejumlah operasi mikro

dalamurutan operasi tertentu yang benar, yang didasarkan pada program yang sedang dieksekusi

Mengeksekusi Membuat kinerja setiap operasi mikro selesai dengan

menggunakan sinyal kontrol tertentu

Types of Micro-operation

Transfer data between registersTransfer data from register to externalTransfer data from external to registerPerform arithmetic or logical ops

Control Signals – Input (1)

ClockCara unit kontrol dalam “menjaga waktu”nya. One micro-instruction (or set of parallel micro-

instructions) per clock cycle Disebut clock cycle time atau processor cycle time

Instruction register Op-code instruksi saat itu digunakan untuk

menentukan operasi mikro mana yang akan dilakukan selama siklus eksekusi

Control Signals – Input (2)

Flags Flag diperlukan untuk menentukan status CPU

dan hasil sebelumnya yang diperoleh dari operasi-operasi ALU.

From control bus Interrupts Acknowledgements

Control Signals - output

Within CPU (Sinyal Kontrol dalam CPU) Cause data movement (dari satu register ke

register lainya) Activate specific ALU functions

Via control bus (Sinyal Kontrol bagi Bus Kendali) To memory To I/O modules

Example Control Signal Sequence - Fetch

MAR <- (PC) Control unit activates signal to open gates

between PC and MAR

MBR <- (memory) Open gates between MAR and address bus Memory read control signal Open gates between data bus and MBR

Organisasi Internal CPU

Biasanya menggunakan susunan bus single internal

Gates mengontrol perpindahan data dari setiap register dari dan ke bus

Control signals mengontrol perpindahan data dari dan ke bus sistem (eksternal) dan operasi ALU

Temporary registers needed for proper operation of ALU

Organisasi Internal CPU

Penggunaan lintasan data memudahkan layout interkoneksi dan kontrol CPU

Pemakaian bus internal menghemat ruang (secara fisik)

Hardwired Implementation (1)

Mengontrol input-input unitFlag dan sinyal-sinyal kontrol bus

Umumnya, tiap bit memiliki arti tertentu.

Instruction register Unit control menggunakan op-code dan tiap op-code akan

melakukan aksi yang berbeda (sejumlah kombinasi sinyal-sinyal kontrol) instruksi berlainan

Input logika unik bagi setiap op-code Decoder mengambil input yang didekode dan menghasilkan

sebuah output Umumnya, dekoder memiliki n input biner and 2n outputs

biner

Hardwired Implementation (2)

Clock Mengeluarkan rangkaian pulsa yang berulang-

ulang Berguna untuk mengukur durasi operasi mikro Harus cukup panjang untuk memungkinkan

terjadinya perambatan sinyal di sepanjang lintasan data dan merambat ke rangkaian CPU.

Sinyal kontrol yang berlainan dalam satuan waktu yang berbeda pada sebuah siklus instruksi tunggalnya

Dibutuhkan penghitung sebagai input bagi unit kontrol dengan input kontrol yang berbeda untuk tiap satuan waktunya.

Problems With Hard Wired Designs

Complex sequencing & micro-operation logic

Difficult to design and testInflexible designDifficult to add new instructions