Abdillah, S.Si MIT http://abdill01.wordpress.com Model Hipotesis SAP-1 Abdillah, S.Si MIT http://abdill01.wordpress.com

Tujuan Tujuan perancangan komputer SAP adalah untuk memperkenalkan gagasan penting di balik operasi komputer tanpa kerumitan yang tidak perlu, yakni mikroinstruksi disimpan dalam ROM kontrol dan diakses dengan memberikan alamat mikroinstruksi yang diinginkan.

SAP-1 SAP-1 adalah tahap pertama dalam evolusi ke arah pengembangan komputer modern. Yang perlu dipahami dari SAP-1 adalah arsitektur, cara pemrograman dan rangkaiannya. Tabel pemrograman mikrokomputer dewasa ini jauh lebih kompleks daripada yang berlaku untuk SAP-1, akan tetapi gagasan pokoknya tetap sama.

ARSITEKTUR SAP-1 adalah sebuah komputer berorganisasi bus yang terdiri atas central processor unit memory unit I/O system bus.

Central Processor Unit

Control Unit Control unit SAP-1 terdiri atas pencacah program register instruksi pengendali pengurut

Arithmetic and Logic Unit ALU SAP-1 terdiri atas akumulator A penjumlah-pengurang register B.

Memory Memori SAP-1 terdiri atas RAM 16x8 Register masukan dan MAR

Unit I/O Unit I/O terdiri atas Saklar pemrograman masukan Register keluaran Peraga biner

Pencacah Program Pencacah program mencacah dari 0000 sampai 1111. Tugasnya adalah mengirimkan ke memori alamat dari instruksi berikutnya yang akan diambil dan dilaksanakan. Pencacah program direset ke 0000 setiap kali sebelum komputer dijalankan. Ketika komputer mulai bekerja, program komputer mengirim alamat 0000 ke memori. Kemudian pencacah program meningkatkan angka cacahannya menjadi 0001. Setelah instruksi pertama diambil dan dilaksanakan, pencacah program mengirimkan alamat 0001 ke memori. Pencacah program kembali meningkatkan angka cacahannya. Pencacah program disebut juga pointer (penunjuk) karena menunjuk ke suatu alamat tertentu dalam memori.

Masukan dan MAR Masukan terdiri atas register-register saklar yang memungkinkan pengiriman 4 bit alamat dan 8 bit data kepada RAM. MAR (Memory Address Register) adalah bagian dari memori SAP-1. Selama komputer bekerja, alamat dan program counter ditahan (latched) pada MAR, sejenak kemudian MAR mengirimkan alamat 4-bit ini ke dalam RAM dimana operasi membaca dilaksanakan.

RAM RAM dalam SAP-1 adalah SRAM TTL 16x8 (dapat menyimpan 16 kata masing-masing 8 bit). RAM dapat diprogram dengan register saklar alamat dan register saklar data. Dengan cara ini program dan data dapat dimasukkan ke dalam memori sebelum komputer bekerja. Selama komputer beroperasi, RAM menerima alamat 4-bit dari MAR dan operasi membaca dilaksanakan.

Register Instruksi Register instruksi merupakan bagian unit kendali. Untuk mengambil sebuah instruksi dari memori, komputer melakukan operasi membaca memori. Dalam operasi ini isi dari lokasi memori yang ditunjuk alamatnya ditempatkan pada bus W. Pada waktu yang sama, register instruksi disiapkan untuk pengisian pada tepi positif dari sinyal clock berikutnya. Isi register instruksi dibagi dua nibble. Nibble bagian atas merupakan keluaran dua-keadaan yang langsung dikirim pada blok controller-sequencer. Nibble bagian bawah adalah keluaran tiga-keadaan yang dapat dibaca (ditempatkan) pada bus W bila diperlukan.

Pengendali Pengurut Sebelum komputer bekerja, sinyal-sinyal CLR dikirimkan ke pencacah program dan register instruksi. Sebagai akibatnya, program counter direset ke 0000 dan instruksi terakhir dalam register instruksi dihapus. Sebuah sinyal CLK dikirimkan ke semua register buffer. Sinyal ini mensinkronkan operasi komputer, yang menjamin bahwa setiap langkah operasi akan terjadi sebagaimana mestinya. Dengan kata lain, semua transfer dalam register terjadi pada tepi positif dari sinyal CLK yang sama.

Akumulator A Akumulator adalah sebuah register buffer yang menyimpan jawaban sementara selama komputer beroperasi. Akumulator memiliki dua keluaran. Keluaran dua keadaan secara langsung diteruskan ke bagian penjumlah-pengurang. Keluaran tiga-keadaan dikirim kepada bus W.

Penjumlah-Pengurang SAP-1 menggunakan penjumlah-pengurang komplemen-2. Bila Sub berharga rendah, maka fungsinya penjumlah. Tapi bila Sub berharga tinggi maka fungsinya adalah pengurang. Rangkaian penjumlah-pengurang bersifat asynchronous, artinya keluaran tidak diatur oleh sinyal clock tapi oleh perubahan pada kata-kata masukan.

Register B Register B adalah register buffer yang digunakan dalam operasi aritmetika. Sinyal Lb yang rendah dan tepi positif dari sinyal clock akan mengisikan kata pada bus W ke dalam register B. Keluaran dua-keadaan dari register B kemudian menggerakkan penjumlah-pengurang, memasukkan bilangan yang akan dijumlahkan dengan atau dikurangkan dari isi akumulator

Register Keluaran Register keluaran sering disebut port keluaran karena data yang telah diproses dapat meninggalkan komputer melalui register ini. Dalam mikrokomputer, register keluaran ini dihubungkan dengan sirkuit interface yang menggerakkan alat-alat periferal seperti printer, tabung sinar catoda (CRT), dll.

Peraga Biner Peraga biner adalah suatu barisan yang terdiri atas 8 buah LED. Oleh karena itu setiap LED dihubungkan dengan sebuah flip-flop dari register keluaran, maka peraga biner akan menyajikan isi register keluaran. Dengan demikian, setelah suatu jawaban dipindahkan dari akumulator ke register keluaran, jawaban dapat dilihat dalam bentuk biner

Perangkat Instruksi Perangkat instruksi (instruction set) adalah operasi-operasi dasar yang dapat dilakukan oleh komputer. Perangkat instruksi SAP-1 adalah LDA, ADD, SUB, OUT dan HLT. Instruksi singkat seperti ini disebut mnemonic. LDA berarti isikan data RAM ke akumulator. ADD artinya tambahkan data RAM pada akumulator. SUB artinya kurangkan data RAM dari akumulator. OUT artinya isikan data akumulator ke dalam register keluaran. HLT artinya hentikan pemrosesan. Contoh: LDA 8H artinya isilah akumulator dengan isi dari lokasi memori 8H.

Pemrograman SAP-1 Untuk memasukkan instruksi dan kata-kata ke dalam memori SAP-1 harus digunakan kode tertentu yang dapat ditafsirkan oleh komputer. Bilangan 0000 mewakili LDA, 0001 untuk ADD, 0010 untuk SUB, 1110 untuk OUT dan 1111 untuk HLT. Kode ini memberitahu kepada komputer tentang operasi yang harus dilaksanakan dan disebut kode operasi (operation code) disingkat op-code. Sedangkan pelengkap instruksi disebut operand. Tata cara penulisan program dan mnemonic ini disebut bahasa assembly. Sedangkan tata cara penulisan program dengan bilangan 0 dan 1 disebut bahasa mesin.

Siklus Pengambilan Unit kendali adalah kunci dari pengoperasian komputer secara otomatis. Unit kendali mengeluarkan kata-kata kendali untuk mengambil dan melaksanakan setiap instruksi. Pada waktu suatu instruksi diambil dan dilaksanakan, komputer akan melewati beberapa keadaan pewaktuan (timing state; disingkat T state = keadaan T), yakni periode-periode waktu pada saat mana terjadi perubahan isi-isi register.

Keadaan T1 Keadaan T1 disebut keadaan alamat (address state) karena alamat di dalam pencacah program (PC) dipindahkan kepada register alamnat memori (MAR) selama keadaan ini. Pada gambar terlihat bagian- bagian komputer yang aktif selama keadaan T1. Ini berarti selama keadaan T1 bagian pengendali-pengurut (CON) mengeluarkan kata kendali berbentuk CON = CPEPLMCE L1E1LAEA SUEULBLO = 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 selama keadaan ini.

Keadaan T2 Gambar (b) memperlihatkan bagian-bagian aktif dari SAP-1 selama keadaan T2. Keadaan ini disebut keadaan penambahan (increment state) karena hitungan pada pencacah program ditingkatkan (ditambah) selama periode ini. Selama penambahan, bagian pengendali- pengurut menghasilkan kata kendali berbentuk CON = CPEPLMCE L1E1LAEA SUEULBLO = 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 Terlihat di sini bahwa CP adalah bit yang aktif. CP

Keadaan T3 Keadaan T3 disebut keadaan memori (memory state) karena instruksi pada RAM dengan alamat yang ditunjuk dipindahkan dari memori ke register instruksi. Gambar (c) melukiskan bagian-bagian aktif dari SAP-1. selama memori ini. Selama keadaan ini bit-bit kendali yang aktif hanyalah CE L1, dan kata yang dikeluarkan oleh bagian pengendali-pengurut adalah CON = CPEPLMCE L1E1LAEA SUEULBLO = 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1

Siklus Pengambilan

Siklus Eksekusi Tiga keadaan berikutnya (T4, T5 dan T6) merupakan siklus eksekusi dari SAP-1. Transfer-transfer register yang terjadi selama siklus eksekusi bergantung pada macam instruksi yang sedang dieksekusi. Yang diuraikan berikut adalah rutin kendali (control routine), yakni rangkaian langkah kendali bagi instruksi-instruksi SAP-1 yang berbeda.

Rutin LDA

Rutin ADD dan SUB

Rutin OUT

Mikroprogram SAP-1 Mikroprogram merupakan daftar setiap makroinstruksi dan mikroinstruksi- mikroinstruksi yang diperlukan bagi pelaksanaannya. Mikroinstruksi adalah sebuah kata kendali yang memproses data dengan laju satu kata dalam setiap keadaan T atau satu siklus detak. Setiap makroinstruksi SAP-1 tersusun dari tiga mikroinstruksi.

Mikroprogram Heksadesimal Kita dapat menggunakan bentuk heksadesimal untuk menyederhanakan bentuk mikroinstruksi.

Diagram Skematik SAP-1

Diagram Skematik SAP-1

Operasi (1) Setiap kali sebelum komputer bekerja, operator memasukkan program dan data ke dalam memori SAP-1. Program tsb menempati lokasi-lokasi memori yang rendah (awal) dan data disimpan pada lokasi-lokasi memori yang berikutnya (lebih tinggi). Selanjutnya, operator menekan dan melepaskan kembali tombol CLEAR. Sebagai akibatnya, sinyal CLK dan sinyal CLK akan menggerakkan semua register dan pencacah. Mikroinstruksi yang dikeluarkan oleh pengendali-pengurut akan menentukan langkah-langkah yang harus dilaksanakan pada setiap tepi CLK yang positif.

Operasi (2) Siklus mesin dalam SAP-1 selalu dimulai dengan siklus pengambilan. Siklus pengambilan meliputi T1, T2 dan T3, masing-masing merupakan keadaan alamat, keadaan penambahan dan keadaan memori. Pada akhir siklus pengambilan, instruksi disimpan dalam register instruksi. Sesudah medan instruksi didekode, matriks kendali secara otomatis membangkitkan rutin eksekusi yang tepat. Di akhir siklus eksekusi, pencacah lingkar (putar) mengalami reset dan selanjutnya dimulai siklus mesin yang berikutnya. Pemrosesan data akan berakhir ketika instruksi HLT diisikan ke dalam register instruksi.

Pengadaan Mikroprogram Gagasan dasar dari mikroprogram adalah menyimpan mikroprogram dalam sebuah ROM. Dengan memberi alamat dan menyertakan rutin pengambilan, kita dapat menyusun sebuah tabel lengkap dari mikroinstruksi SAP-1. Tabel ini dapat disimpan dalam sebuah ROM kendali lengkap dengan rutin pengambilan pada alamat 0H sampai 2H, rutin LDA pada alamat 3H sampai 5H, rutin ADD pada alamat 6H sampai 8H, sutin SUB pada alamat 9H sampai BH dan rutin OUT pada alamat CH sampai EH. Dalam mengakses suatu rutin diperlukan tiga langkah: mengetahui alamat awal rutin, menelusuri dengan tepat semua alamat dan memberikan alamat ke ROM kendali.

ROM Alamat

Keuntungan Keuntungan dari mikroprogramming adalah penghapusan bagian dekoder instruksi dan matriks kendali; kedua bagian ini menjadi sangat kompleks bagi perangkat instruksi yang lebih luas. Dengan kata lain, jauh lebih mudah menyimpan mikroinstruksi di dalam sebuah ROM daripada membuat rangkaian dekoder instruksi dan matriks kendali. Jika ingin mengubah perangkat instruksi, yang perlu dilakukan adalah mengubah ROM kendali dan ROM alamat-awal.

Rangkuman Kebanyakankomputer dewasa ini telah dirancang dengan menggunakan kendali yang dimikroprogram sebagai pengganti sistem kendali perangkat keras. Tabel pemikroprograman dan rangkaian-rangkaian yang bersangkutan dari komputer dewasa ini jauh lebih kompleks daripada yang berlaku untuk SAP-1, akan tetapi gagasan pokoknya tetap sama. Mikroinstruksi disimpan di dalam sebuah ROM kendali dan diakses dengan memberikan alamat mikroinstruksi yang diinginkan.