Operasi Unit Kontrol

1
Operasi Unit Kontrol

• Arsitektur Komputer II
• STMIK AUB Surakarta

2
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)

3
Constituent Elements of Program Execution
4
Fetch - 4 Registers

• Memory 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

5
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

6
Fetch Sequence (symbolic)

• t1 MAR lt- (PC)
• t2 MBR lt- (memory)
• PC lt- (PC) 1
• t3 IR lt- (MBR)
• (tx time unit/clock cycle)
• or
• t1 MAR lt- (PC)
• t2 MBR lt- (memory)
• t3 PC lt- (PC) 1
• IR lt- (MBR)

7
Aturan Pengelompokan Operasi Mikro per Clock Cycle

• Rangkaian kejadian yang benar harus dipenuhi
• MAR lt- (PC) harus mendahului MBRlt- (memory)
• Konflik harus dihindari
• Tidak diperbolehkan membaca dan menulis ke
  register yang sama pada saat yang bersamaan
• MBR lt- (memory) IR lt- (MBR) must not be in same
  cycle
• Perlu diperhatikan juga operasi penambahan PC
  lt- (PC) 1
• Use ALU
• May need additional micro-operations

8
Indirect Cycle

• MAR lt- (IRaddress) - address field of IR
• MBR lt- (memory)
• IRaddress lt- (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 perti halnya
  apabila pengalamatan tak langsung tidak pernah
  digunakan dan siap untuk siklus eksekusi

9
Interrupt Cycle

• t1 MBR lt-(PC)
• t2 MAR lt- save-address
• PC lt- routine-address
• t3 memory lt- (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

10
Execute Cycle (ADD)

• Different for each instruction
• e.g. ADD R1,X - add the contents of location X to
  Register 1 , result in R1
• t1 MAR lt- (IRaddress)
• t2 MBR lt- (memory)
• t3 R1 lt- R1 (MBR)
• Note no overlap of micro-operations

11
Execute Cycle (ISZ)

• ISZ X - increment and skip if zero
• t1 MAR lt- (IRaddress)
• t2 MBR lt- (memory)
• t3 MBR lt- (MBR) 1
• t4 memory lt- (MBR)
• if (MBR) 0 then PC lt- (PC) 1
• Notes
• if is a single micro-operation
• Micro-operations done during t4

12
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.

13
Elemen Dasar Prosesor

• ALU
• elemen komputer paling dasar
• Register
• menyimpan data (informasi status program, memori,
  register dan modul I/O)
• 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

14
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

15
Types of Micro-operation

• Transfer data between registers
• Transfer data from register to external
• Transfer data from external to register
• Perform arithmetic or logical ops

16
Control Signals Input (1)

• Clock
• Cara unit kontrol dalam menjaga waktunya.
• 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

17
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

18
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

19
Example Control Signal Sequence - Fetch

• MAR lt- (PC)
• Control unit activates signal to open gates
  between PC and MAR
• MBR lt- (memory)
• Open gates between MAR and address bus
• Memory read control signal
• Open gates between data bus and MBR

20
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

21
Organisasi Internal CPU

• Penggunaan lintasan data memudahkan layout
  interkoneksi dan kontrol CPU
• Pemakaian bus internal ? menghemat ruang (secara
  fisik)

22
Hardwired Implementation (1)

• Mengontrol input-input unit
• Flag 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

23
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.

24
Problems With Hard Wired Designs

• Complex sequencing micro-operation logic
• Difficult to design and test
• Inflexible design
• Difficult to add new instructions