unit kontrol

1. ORGANISASI & ARSITEKTUR KOMPUTER 2
UNIT CONTROL
IBP WIDJA, MT

2. Pendahuluan
 Eksekusi 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 program
- Menghasilkan sinyal kontrol yg menyebabkan setiap
operasi mikro bisa dieksekusi
 Sinyal 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

3. Operasi Mikro
 Setiap satu instruksi dapat dianggap sbg
susunan sejumlah satuan siklus yg lebih kecil,
misal (Fetch–execute di pipeline). Setiap
satuan siklus kecil tersebut terdiri dari
langkah2 operasi mikro
 Kata mikro mengacu pada fakta bahwa tiap
langkah adalah sederhana dan akan
menyelesaikan operasi terkecil
 Operasi mikro merupakan operasi prosessor
yang fungsional dan atomic.

4. Elemen2 Eksekusi Program

5. op.m Siklus Fetch
Contoh Siklus Fetch:
 Saat awal PC berisi 1100100
 Memindahkan alamat ke
MAR
 Bus Alamat mengandung
alamat yg disimpan di MAR
 Unit kontrol mengeluarkan
perintah READ pada kontrol
bus. Hasilnya muncul di bus
data dan disalin ke MBR
 Untuk menyiapkan instruksi
berikutnya PC dinaikkan 1
 Lankah terakhir adalah
memindahkan isi MBR ke IR
 Dengan demikian siklus Fetch
sederhana sebenarnya terdiri
atas 3 langkah dan 4 operasi
mikro
 Secara simbolik dapat ditulis
sbb:
t1: MAR <-- (PC)
t2: MBR <-- Memory
PC <-- (PC) + I
t3: IR <-- (MBR)
 t1,t2 dan t3 mrpk unit waktu
yg berdurasi sama & berurutan

6. Urutan Event op.m Siklus Fetch

7. op.m Siklus Fetch tak langsung
 Operasi mikro sederhana
untuk siklus fetch tidak
langsung:
t1: MAR <-- (IR (alamat))
t2: MBR <-- Memory
t3: IR (alamat) <--( MBR
(alamat))
 Bidang alamat instruksi
dipindahkan ke MAR
 Bidang alamat tersebut
digunakan untuk
mengambil alamat
operand
 Alamat IR diperbaharui
oleh MBR sedemikian shg
berisi alamat langsung
bukannya alamat tak
langsung

8. op.m Siklus Interupsi
 Diakhir siklus eksekusi akan
terjadi pengujian apakah ada
interupsi, bila ada interupsi
maka terjadilah siklus interupsi
 Conoth Operasi mikro siklus
interupsi serdernaha:
t1: MBR <-- (PC)
t2: MAR <-- Alamat_simpan
PC <--- Alamat_rutin
t3: Memory <-- (MBR)
 Isi PC ditransfer ke MBR
 MAR kemudian dimuati oleh
alamat isi PC yg akan
disimpan. PC akan dimuati
awal rutin pengolahan
interupsi.
 Menyimpan MBR yg berisi
isi PC yg lama ke dalam
memori

9. op.m Siklus Eksekusi
 Siklus Eksekusi merupakan
siklus yg tidak mudah untuk
diprediksi dng demikian
diambil contoh:
- ADD R1, X
- operasi mikro yg terjadi:
 t1: MAR<--IR(alamat)
 t2: MBR<--Memory
 t3: R1<--R1+MBR
 operasi diatas mrpk op. yg
sangat sederhana, masih
dibutuhkan beberapa
op.m lagi untuk menyimpan
result ke memory
 Contoh lain eksekusi branch
and save address pd instruksi:
- BSA X
- Alamat instruksi yg berada
setelah instruksi BSA
disimpan di lokasi X. Dan
eksekusi dilanjutkan pada
lokasi X+1
- op.m nya:
 t1: MAR<--(IR (Alamat))
MBR<--(PC)
 t2: PC<--(IR (Alamat))
memory<--(MBR)
 t3: PC<--(PC) + I

10. op.m Siklus Instruksi
 Jadi setiap fase siklus instruksi akan diuraikan
menjadi rangkaian op.m elementer.
 Seluruh rangkaian op.m dapat digambarkan secara
utuh dgn mengandaikan register 2-bit yg berisi ICC
(Instruction Code Cycle):
00: Fetch
01: Indirect Fetch
10: Eksekusi
11: Interupsi
 Siklus tidak langsung selalu diikuti siklus eksekusi.
Siklus Interupsi selalu diikuti siklus fetch
 Diagram dibawah menggambarkan rangkaian
op.m lengkap yg hanya tergantung rangkain instruksi
dan pola interupsi

11. op.m Siklus Instruksi
 Jadi setiap fase siklus instruksi akan diuraikan
menjadi rangkaian op.m elementer.
 Seluruh rangkaian op.m dapat digambarkan secara
utuh dgn mengandaikan register 2-bit yg berisi ICC
(Instruction Code Cycle):
00: Fetch
01: Indirect Fetch
10: Eksekusi
11: Interupsi
 Siklus tidak langsung selalu diikuti siklus eksekusi.
Siklus Interupsi selalu diikuti siklus fetch
 Diagram dibawah menggambarkan rangkaian
op.m lengkap yg hanya tergantung rangkain instruksi
dan pola interupsi

12. Opcode?
Eksekusi Instruksi
Inter?upsi
ICC=11 ICC=00
Baca
Alamat
ICC=10
ICC ?
Mengambil
Instruksi
Pengalamatan
tak langsung ?
ICC=10 ICC=01
Interupsi
Setup
ICC=00
11 (interupsi) 00 (fetch)
ya tidak tidak ya

13. Kontrol Prosessor
 Definisi 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
dieksekusi
- Eksekusi: Unit kontrol menyebabkan setiap
operasi mikro dilakukan
 Cara unit kontrol beroperasi yaitu dengan
menggunakan sinyal-sinyal kontrol

14. Sinyal Kontrol
 Spesifikasi eksternal: Dalam melaksanakan fungsinya,
Unit Kontrol harus memiliki input yg memungkinkan
untuk mengetahui status sistem dan memiliki output yg
dapat mengatur prilaku sistem
 Spesifikasi internal: Unit kontrol harus memiliki logika yg
diperlukan untuk membentuk fungsi pengurutan dan
fungsi eksekusinya
 Elemen2 sinyal kontrol:
- Sinyal yg mengaktivasi fungsi-fungsi ALU
- Sinyal yg mengaktivasi alur-alur data
- Sinyal pd bus sistem eksternal atau interface lainnya

15. Model Unit Kontrol
Unit
Kontrol
Flag
Clock
Register Instruksi
Sinyal Kontrol
dalam CPU
Sinyal Kontrol
dari bus sistem
Bus Kontrol
Sinyal Kontrol
pd bus sistem

16. Input Unit Kontrol
Unit kontrol mempunyai beberapa input, diantaranya:
 Clock: berfungsi untuk sinkronisasi operasi antar
komponen
 Flag: 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 eksekusi
 Sinyal kontrol dari ”bus control”: memberi jalur ke
unit kontrol untuk sinyal-sinyal tertentu, seperti sinyal
interrupt dan sinyal acknowledgment

17. Output Sinyal Kontrol
1. Sinyal 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 spesifik
 sinyal-sinyal yang menyebabkan perpindahan data
antar register
1. Sinyal kontrol ke ”bus control” juga terdiri atas 2 sinyal,
yaitu.
 sinyal kontrol ke memori
 sinyal kontrol ke modul-modul I/O

18. Implementasi Unit Kontrol
 Implementasi Hardwired
 Implementasi Microprogrammed

19. Implementasi Hardwired
 Unit 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.

20. Implementasi Hardwired...
 Masalah dalam Merancang Implementasi
Hardwired:
- Memiliki kompleksitas dalam pengurutan dan
operasi mikronya
- Sulit didesain dan dilakukan pengetesan
- Tidak fleksibel
- Sulit untuk menambahkan instruksi baru

22. A Matrix of Times at which Each Control Signal Must Be Active in Order to
Execute the Hard-wired Basic Computer's Instructions
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

23. Implementasi Microprogrammed
Implementasi yang paling reliabel saat ini adalah
implementasi microprogrammed. Unit kontrol
memerlukan sebuah memori untuk menyimpan
program kontrolnya.
Fungsi–fungsi pengontrolan dilakukan berdasarkan
program kontrol yang tersimpan pada unit kontrol.
Selain itu, fungsi–fungsi pengontrolan tidak
berdasarkan dekode dari input unit kontrol lagi.
Teknik ini dapat menjawab kesulitan–kesulitan yang
ditemui dalam implementasi hardwired.

24. Unit Kontrol Termikroprogram
 Set instruksi mikro
disimpan didalam
memori kontrol
 Register alamat kontrol
berisi alamat instruksi
mikro berikut yg akan
dibaca
 Ketika instruksi mikro
dibaca dari memori
kontrol, instruksi
tersebut dipindahkan ke
register buffer kontrol
 Sequence logic
memuatkan register
alamat kontrol dan
mengelarkan instruksi
read

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

26. Kelebihan dan Kekurangan
pada unit Kontrol Termikroprogram
 Kelebihan:
- Dapat menyederhanakan perancangan unit kontrol
- Lebih murah dan lebih sedikit kesalahan yg bisa terjadi
pada saat implementasi
- Penerapan Sequence Logic dan Dekoder merupakan bagian
logika yg mudah daripada unit kontrol hardwire yg
merupakan circuit logic yg sangat kompleks .
 Kekurangan
- Unit Termikroprogram akan lebih lambat daripada unit
hardwired
Teknik ini banyak pada CISC dan unit kontrol
hardwired lebih digunakan pada RISC

27. Eksekusi Instruksi Mikro
 Pada 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

28. Aplikasi Pemrograman Mikro
 Semenjak pemrograman mikro populer di th 1960
maka terdapat banyak variasi implementasi.
 Aplikasi tsb meliputi:
- Realisasi Komputer
- Emulasi : mengemulasi mesin lain
- Dukungan sistem operasi: peningkatan kinerja dng implementasi
bentuk2 primitif untuk menggantikan bagian penting software
SO
- Realisasi spesial equipment: Card modem, dsg
- Dukungan bahasa tingkat tinggi: Jenis yg dapat langsung
diterapkan pada firmware Cobol, Foltran
- Dianostic mikro: firmware untuk mendukung pengawasan,
pendeteksian, isolasi dan perbaikan kesalahan sistem
- Penyesuaian pemakai: memori kontrol pd RAM bukan ROM shg
user dapat melakukan program mikro sesuai dengan keperluan
user tsb.

29. end of slide