Unit Control

UNIT CONTROL

A. Operasi Mikro

Fungsi dari sebuah komputer adalah untuk eksekusi program

Setiap siklus yang lebih kecil akan terdiri dari sejumlah langkah yang masing-masing langkah

tersebut terdiri dari register-register CPU. Dapat di sebut langkah-langkah tersebut sebagai operasi

mikro.

Operasi mikro adalah operasi fungsional atau atomik suatu CPU.

 

SIKLUS PENGAMBILAN

 

MAR : dihubungkan dengan alamat bus sistem. MAR menspesifikasikan alamat di dalam memori

untuk operasi read dan write.

MBR : dihubungkan dengan saluran data bus sistem. MBR berisi nilai yang akan disimpan di memori

atau nilai terakhir yang di baca dari memori

PC : menampung alamat instruksi berikutnya  yang akan di ambil.

IR : menampung instruksi terakhiryang diambil.  

Siklus pengambilan : 

T1 : MAR (PC)

T2 : MBR   Memori

     PC (PC) + 1

T3 : IR (MBR) 

Siklus Tak Langsung :

T1 : MAR  (IR(Alamat))

T2 : MBRMemori

T3 : IR (Alamat)(MBR(Alamat))

Siklus Interupt

 

T1 :  MBR(PC)

T2 :  MARAlamat-simpan

PCAlamat –rutin

T3 :Memori   (MBR)

Siklus Eksekusi

1. Penambahan (ADD)

ADD R1,X = Menambahkan isi lokasi X ke register R1

T1 : MAR(IR(alamat))

T2 : MBRmemori

T3 : R1(R1)+(MBR)

2. ISZ X = Isi lokasi X ditambahkan dengan 1. Apabila hasilnya sama dengan nol, maka 

instruksi berikutnya dilompati.

T1 : MAR (IR(alamat))

T2 : MBRMemori

T3 : MBR(MBR) + 1 

T4 : Memori(MBR)

If (MBR=0) then (PC PC+1)

3. BSA X : Alamat instruksi yang berada setelah instruksi BSA disimpan di lokasi X, dan eksekusi dilanjutkan pada lokasi X+1. Alamat yang di simpan akan di gunakan kemudian untuk keperluan return.

T1 : MAR(IR(alamat))

        MBR(PC)

T2 : PC(IR(Alamat)) 

        Memori(MBR)

T3 : PC(PC) + 1

Siklus Instruksi

Setiap fase siklus instruksi dapat di uraikan menjadi operasi mikro elementer.

Ada empat buah kode siklus instruksi (ICC).

ICC menandai status CPU dalam hal bagian tempat siklus tersebut berada.

 

4 kode ICC :

00 : fetch

01 : Indirect

10 : execute

11 : interupt

 

KONTROL CPU 

 Karakterisasi Unit Kontrol :

1.Menentukan elemen dasar CPU

2.Menjelaskan operasi mikro yang akan dilakukan CPU

3.Menentukan fungsi-fungsi yang harus di lakukan unit kontrol agar menyebabkan

pembentukan operasi mikro.

 

 

 Elemen dasar fungsional CPU :

1.ALU

2.Register-register

3.Lintasan data internal

4.Lintasan data eksternal

5.Unit Kontrol 

 

Unit Kontrol melakukan dua tugas dasar :

•Pengurutan

•Eksekusi 

 

 

Sinyal Kontrol

Input sinyal kontrol :

-Clock

-register Instruksi

-sinyal kontrol dari bus kontrol

-flag

Output sinyal kontrol :

-Sinyal kontrol di dalam CPU

-Sinyal kontrol bagi bus kontrol.

REDUCED INSTRUCTIONS SET COMPUTER (RISC)

REDUCED INSTRUCTIONS SET COMPUTER (RISC)

Arsitektur RISC merupakan kemajuan yang sangat dramatis dalam frase sejarah arsitektur CPU.
Dan merupakan tantangan bagi arsitektur konvensional. Walaupun sistem RISC telah ditentukan dan
dirancang dalam berbagai cara berdasarkan kelompok kelompoknya, elemen penting  yang 
digunakan oleh sebagian rancangan adalah sebagai berikut :

*Set instruksi yang terbatas dan sederhana

*Register general purpose yang berjumlah banyak, atau penggunaan teknologi kompiler untuk

mengoptimalkan pemakaian registernya

*Penekanan pada pengoptimalan pipeline instruksi

1.  Karakteristik karakteristik Eksekusi Instruksi

 Salah satu bentuk evolusi komputer yang paling di rasakan adalah adalah evolusi bahasa

pemrograman

Untuk memahami RISC harus diawali dengan tinjauan singkat tentang

karakteristik eksekusi instruksi. Aspek-aspek komputasi yang dimaksud adalah sebagai berikut :

*Operasi-operasi yang di lakukan

*Operand-operand yang di gunakan

*Pengurutan eksekusi

A. OPERASI

B. OPERAND

2. Penggunaan File Register Besar

Alasan diperlukannya penyimpanan register adalah dengan melihat kenyataan bahwa menyimpan

register merupakan perangkat penyimpan paling cepat, yang lebih cepat dibandingkan dengan

memori utama dan memori cache.

File register secara fisik berukuran kecil, dan umumnya berada pada satu keping dengan ALU dan

Control Unit dan hanya memakai alamat yang lebih pendek dibandingkan dengan alamat-alamat

cache dan memori.

Dengan demikian, di perlukan strategi yang dapat menjaga operand-operand yang paling sering di

akses tetap di dalam register dan untuk meminimalkan operasi-operasi register memori Dalam

mamaksimalkan register dipakai 2 pendekatan 

*Pendekatan perangkat lunak  

* Pendekatan perangkat keras 

3. Register Windows

Penggunaan register dalam jumlah yang besar akan mengurangi kebutuhan mengakses memori  

 Dalam hal ini tugas perancang adalah mengatur register-register sedemikian rupa sehingga tujuan

dapat tercapai.

4. File Register Berukuran Besar VS Cache

File register yang diorganisasikan menjadi dua jendela, berfungsi sebagai buffer kecil yang cepat

untuk menampung subset seluruh variabel yang memiliki kemungkinan besar akan banyak di pakai 

File register berfungsi lebih menyerupai cache memori

File register dapat tidak efesian dalam menggunakan ruang, karena tidak semua prosedur akan

memerlukan ruang jendela sepenuhnya yang telah diberikan.

Sebaliknya cache memiliki ketidak efesienan lainnya yaitu :

Data akan di baca kedalam cache  dalam bentuk blok-blok. 

sedang file register hanya berisi variabel-variabel yang sedang di gunakan.

Cache membaca suatu blok data, yang mungkin sebagian darinya tidak akan di gunakanCache

memiliki kemampuan untuk menangani variabel global dan juga variabel lokal.

5. Otimasi Register Berbasis Kompiler 

 Pada mesin RISC hanya tersedia register daqlam jumlah yang sedikit (16-32 buah)

Disini penggunaan register yang telah di optimalkan tersebut merupakan tenggung jawab kompiler 

Fungsi kompiler adalah untuk menjaga operand bagi komputasi sebanyak mungkin di dalam register

dan bukannya di dalam memori utama.

Hal itu ditujukan untuk meminimalkan operasi load dan store.

6. Karakteristik CISC Vs RISC

Rancangan RISC dapat memperoleh keuntungan dengan mengambil sejumlah feature CISC 

Rancangan CISC dapat memperoleh keuntungan dengan mengambil sejumlah feature RISC

Ciri-ciri RISC :

-Instruksi berukuran tunggal

- Ukuran yang umum adalah 4 Byte

- Jumlah mode pengalamatan data yang

sedikit ( < 5 buah)

- Tidak terdapat pengalamatan tak langsung 

-Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi  load

/ store dengan operasi aritmetika 

- Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi  

-Tidak mendukung perataan sembarang, bagi data untuk operasi load/store

- Jumlah maksimum pemakaian memori management Unit (MMU) bagi suatu alamat data 

adalah sebuah instruksi

- Jumlah bit bagi register specifier sama dengan lima atau lebih

- Jumlah bit floating point register specifier empat atau lebih 

7. Kontroversi RISC dan CISC

Tidak terdapat mesin-mesin RISC dan CISC yang sebanding dalam hal harga, tingkat teknologi,

kompleksitas gate, kecanggihan kompiler dsb

Tidak terdapat pengujian program yang pasti. Kinerja bervariasi sesuai dengan programnya

Kesulitan dalam mengumpulkan akibat-akibat yang di sebabkan perangkat keras yang berkaitan

dengan keterampilan dalam membuat kompiler

Kesulitan dalam mengumpulkan akibat-akibat yang di sebabkan perangkat keras yang berkaitan

dengan keterampilan dalam membuat kompiler

Sebagian besar analisi komperatif tentang RISC dilakukan pada mesin-mesin “mainan” bukannya

pada mesin-mesin komersial. Selain itu, sebagian besar mesin yang tersedia secara komersial dan 

diiklankan sebagai RISC memiliki karakteristik campuran antara RISC dan CISC. Dengan demikian,

perbandingan yang adil  dengan mesin CISC komersial dan murni sangatlah sulit di laksanakan  

Dalam beberapa tahun terakhir,  kontroversi RISC dangan CISC semakin berkembang.

Hal ini disebabkan karena terjadinya semakin konvergensinya teknologi.

Dengan semakin bertambahnya kerapatan keping dan semakin cepatnya perangkat keras, maka

sistem RISC menjadi semakin komplek

Bersamaan dengan hal itu, untuk mencapai kinerja yang maksimum, Rancangan CISC telah di

fokuskan terhadap masalah-masalah tradisional yang berkaitan dengan RISC, seperti misalnya

pertambahan jumlah register general purpose dan penekanan pada rancangan pipeline instruksi.

Reduced Instructions Set Arsitecture

Reduced Instructions Set Arsitecture

 

REDUCE INSTRUCTION SET ARCHITECTURE

Teknologi RISC relatif sangat baru, karena itu saat ini tidak terjadi perdebatan dalam menggunakan CISC atau RISC.

Pendapat-pendapat yang ada hanya membahas kekurangan kekurangan pendekatan RISC serta memberikan pemahaman motivasi pendukung RISC 

 

Alasan pertama yaitu, penyederhanaan kompiler.

 

-Tugas pembuat kompiler adalah menghasilkan rangkaian instruksi mesin bagi semua

pernyataan HLL (high level language).

- Apabila ada instruksi mesin yang menyerupai HLL, maka tugas ini akan disederhanakan. 

 

-Pekerjaan mengoptimalkan kode 

 

yang di hasilkan utk meminimalkan ukuran kode, mengurangi hitungan 

 

-eksekusi instruksi, dan meningkatkan pipeline jauh lebih sulit apabila menggunakan CISC.

Namun CISC akan menghasilkan program yang lebih kecil dan lebih cepat dari RISC

 

CISC cenderung menggunakan instruksi-instruksi yang sederhana.

 

CISC cenderung menekankan pada referensi register dibandingkan pada referensi memori,

dan referensi register memerlukan bit yang jumlahnya lebih sedikit.

 

 

 

Karakteristik Arsitektur RISC

 

RISC harus tidak boleh lebih kompleks dan harus dapat mengeksekusi secepat mikro instruksi pada mesin-mesin CISC.

Dengan menggunakan instruksi sederhana atau instruksi satu siklus, hanya di butuhkan sedikit mikro kode.

Instruksi mesin dapat di hardwire, instruksi ini akan lebih cepat di bandingkan instruksi-instruksi lainnya yang sejenis pada mesin lainnya, karena instruksi tersebut tidak perlu mengakses penyimpanan kontrol mikroprogram pada saat eksekusi instruksi berlangsung. 

Karakteristik RISA

-Satu instruksi per siklus 

-Operasi register ke register

-Address mode sederhana

-Format Instruksi sederhana 

 

 

Pipelining RISC 

 

Sebagian besar instruksi merupakan operasi register-ke register, dan sebuah siklus instruksi memiliki

dua buah fase : 

1.I : Instruction Set pengambilan instruksi

2. E : Execute Set  melakukan operasi ALU dengan input Register dan output register

Bagi operasi Load  dan store diperlukan 3 buah fase 

1. I  = Instruction Set 

2. E = Execute = menghitung alamat memori

3. D = Memori = operasi register ke memori atau memori ke register