unit control tgs.ppt
Post on 14-Dec-2014
960 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
NAMA : IRWAN WAHYUM
NIM : 201021000040
JURUSAN : INFORMATIKA
OPERASI UNIT KENDALI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS PATRIA ARTHA
Operasi Unit Kendali
Unit kendali (bahasa Inggris: Control Unit - CU) adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut.
Macam-macam Control Unit
Single-Cycle CU
Proses di CUl ini hanya terjadi dalam satu clock cycle,
artinya setiap instruksi ada pada satu cycle, maka dari
itu tidak memerlukan state.
Dengan demikian fungsi boolean masing-masing
control line hanya merupakan fungsi dari opcode saja.
Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk
setiap jenis instruksi.
Multi-Cycle CU
Berbeda dengan unit kontrol yang single-cycle, unit kontrol yang multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi. Dengan memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing outputcontrol line dapat ditentukan. Masing-masingnya akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic. Jadi akan terdapat banyak fungsi boolean, dan masing-masingnya tidak sederhana. Pada cycle ini, sinyal kontrol tidak lagi ditentukan dengan melihat pada bit-bit instruksinya. Bit-bit opcode memberitahukan operasi apa yang selanjutnya akan dijalankan CPU; bukan instruksi cycle selanjutnya
Dua tugas dasar unit control:
Pengurutan:
unit control menyebabkan prosesor menuju sejumlah operasi mikro dalam urutan yang benar, yang didasarkan pada program yang sedang dieksekusi.
Eksekusi:
unit control menyebabkan setiap operasi mikro dilakukan.
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
1. Operasi-operasi Mikro Meliputi siklus-siklus Interuksi
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.
Elemen2 Eksekusi Program
op. 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
Urutan Event op.Siklus Fetch
op.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
op.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_rutint3: 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
op.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.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. nya: t1: MAR<--(IR (Alamat))
MBR<--(PC) t2: PC<--(IR (Alamat))
memory<--(MBR) t3: PC<--(PC) + I
op.Siklus Instruksi
Jadi setiap fase siklus instruksi akan diuraikan menjadi rangkaian op.elementer.
Seluruh rangkaian op.dapat digambarkan secara utuh dgn mengandaikan register 2-bit yg berisi ICC (Instruction Code Cycle):
00: Fetch01: Indirect Fetch10: Eksekusi
11: Interupsi Siklus tidak langsung selalu diikuti siklus eksekusi. Siklus
Interupsi selalu diikuti siklus fetch
Diagram dibawah menggambarkan rangkaian op.lengkap yg hanya tergantung rangkain instruksi dan pola interupsi
Opcode?
Interupsi?
Eksekusi Instruksi
ICC=11 ICC=00
Baca Alamat
ICC=10
ICC ?
MengambilInstruksi
Pengalamatan tak langsung ?
ICC=10 ICC=01
ICC=00
11 (interupsi) 00 (fetch)
ya tidak tidak ya
InterupsiSetup
2. 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
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
Model Unit Kontrol
UnitKontrol
Flag
Clock
Register Instruksi
Sinyal Kontrol dalam CPU
Bus Kontrol
Sinyal Kontrolpd bus sistem
Sinyal Kontroldari bus sistem
Input Unit KontrolUnit 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
Implementasi Unit Kontrol
Implementasi Hardwired Implementasi Microprogrammed
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.
Masalah dalam Merancang Implementasi Hardwired: Memiliki kompleksitas dalam pengurutan dan
operasi mikronya Sulit didesain dan dilakukan pengetesan Tidak fleksibel Sulit untuk menambahkan instruksi baru
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
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.
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
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
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
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
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.
top related