Arsitektur Komputer II STMIK – AUB Surakarta Operasi Unit Kontrol Arsitektur 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 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

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 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 perti 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 instruction e.g. ADD R1,X - add the contents of location X to Register 1 , result in R1 t1: 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 Notes: 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.

Elemen Dasar Prosesor ALU Register Internal Data Path 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

FUNGSI CONTROL UNIT Sequencing (mengurutkan operasi) Mengeksekusi 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 registers Transfer data from register to external Transfer data from external to register Perform arithmetic or logical ops

Control Signals – Input (1) Clock Cara 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 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

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 test Inflexible design Difficult to add new instructions