isyarat2 kawalan (input)

Isyarat2 Kawalan (Input)

• Jam (Clock)– Satu arahan-mikro (atau satu set arahan-mikro

selari) untuk satu kitaran jam

• Daftar arahan (Instruction register)– Ada kod-ops utk arahan semasa– Menentukan arahan-mikro yg perlu dilaksanakan

Isyarat2 Kawalan (Input)

• Bendera2 (Flags)– Menunjukkan situasi CPU– Keputusan operasi2 terdahulu

• Drpd pengawal bas– Sampukan2 (Interrupts)– Pengakuan2 (Acknowledgements)

Isyarat2 Kawalan - Output

• Dalam CPU

– menyebabkan pergerakan data

– Mengaktifkan fungsi2 tertentu (specific functions)

• Melalui pengawal bas

– ke memori

– ke modul2 I/O

Constituent Elements of Program Execution

Ambil (Fetch) - 4 Pendaftar• Memory address register (MAR)

– Sambung ke alamat bas– mengandungi alamat lokasi simpanan yg dicapai

• Memory buffer register (MBR) – Sambung ke data bas– mengandungi data yg dibaca drpd memori atau data yg

akan ditulis ke memori

• Program counter (PC) – mengandungi alamat arahan berikut yg perlu diambil

• Instruction register (IR) – mengandungi arahan terakhir yg diambil utk semakan

Turutan Ambilan

• Alamat arahan berikutnya di dlm PC• Alamat (MAR) ditempatkan pd alamat bas• Unit kawalam mengisu perintah READ• Keputusan (yakni data drpd memori) berada di data bas• Data drpd data bas disalin ke dlm MBR• PC incremented by 1 (serentak dgn operasi data di ambil drpd

memori)• Data (atau arahan) bergerak drpd MBR ke IR• Pada masa ini MBR kosong utk pengambilan data selanjutnya

Fetch Sequence (Symbolic)

• T1: MAR <- (PC)• T2: MBR <- (memory)• PC <- (PC) +1• T3: IR <- (MBR)• (Tx = time unit/clock cycle)• Or• T1: MAR <- (PC)• T2: MBR <- (memory)• T3: PC <- (PC) +1 • IR <- (MBR)

Rules for Clock Cycle Grouping

• Turutan sewajarnya mestiu diikuti– MAR <- (PC) mesti didahului MBR <- (memory)

• Konflik mesti dihindarkan– Jangan baca & tulis pd pendaftar yg sama pd masa yg sama– MBR <- (memory) & IR <- (MBR) mesti tidak berada dlm

kitaran yg sama

• Also: PC <- (PC) +1 involves addition– guna ALU– berkemungkinan memerlukan penambahan operasi2 mikro

Kitaran tak-terus (Indirect)

• MAR <- (IRaddress) - medan alamat IR• MBR <- (memory)• IRaddress <- (MBRaddress)

• MBR mengandungi alamat• Sekarang IR berada pd situasi yg sama

sekiranya jika pengalamat terus digunakan• (What does this say about IR size?)

Kitaran Pelaksanaan (ADD)

• Berlainan utk setiap arahan

• 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

Example Control Signal Sequence - Fetch

• Mar <- (pc)– Unit kawalan mengaktifkan isyarat utk

membuka get2 di antara PC & MAR

• MBR <- (memory)– Buka get2 antara MAR & alamat bas– Memori membaca isyarat kawalan– Buka get2 antara data bas & MBR

Example Control Signal Sequence - Fetch

• Mar <- (pc)– Unit kawalan mengaktifkan isyarat utk

membuka get2 di antara PC & MAR

• MBR <- (memory)– Buka get2 antara MAR & alamat bas– Memori membaca isyarat kawalan– Buka get2 antara data bas & MBR

The Instruction Cycle

• Instruction Cycle Code (ICC)– 2-bit register– 00: Fetch– 01: Indirect– 10: Execute– 11: Interrupt See Page 583 (Fig 16.3)See Page 583 (Fig 16.3)

Organisasi Dalaman

• Selalunya bas dalaman tunggal

• Get2 mengawal pergerakan data ke dalam dan ke luar bas

• Isyarat2 kawalan mengawal peralihan data ke dan drpd sistem2 bas luaran

• Pendaftar sementara diperlukan utk operasi ALU yg sewajarnya.

Micro-programmed Control Unit

• Control word (CW) adl perkataan yg mana bit individunya mewakili pelbagai isyarat2 kawalan

• Turutan CWs bersepadanan kpd turutan kawalan arahan mesin yg terdiri drpd rutin-mikro utk arahan tersebut.

• Setiap individu CW dlm rutin-mikro ini selalunya ada rujukan arahan-mikro.

• Rutin-mikro bersepadan kepada set arahan komputer yg disimpan dlm memori khas yg dinamakan memori aturcara-mikro.

Implementation (1)

• Semua unit kawalan menjanakan satu set isyarat2 kawalan.

• Setiap isyarat kawalan adalah on atau off• Setiap isyarat kawalan diwakili oleh bit• Ada CW utk setiap operasi-mikro• Ada turutan CW utk setiap arahan kod mesin• Masukkan alamat utk menentukan arahan-mikro yg

berikutnya, bergantung kpd syarat2 yg dikenakan.

Implementation (2)• Utk pemproses-mikto yg besar pd ketika ini

– Byk arahan dan bersekutu dengan register-level hardware

– Byk control point yg perlu dimanipulasikan

• This results in control memory that– Contains a large number of words

• Co-responding to the number of instructions to be executed

– Has a wide word width • Due to the large number of control points to be manipulated

Micro-program Word Length

• Bersandarkan kpd 3 faktor– Bil. maksima operasi-mikro yg dibolehkan

secara serentak– Bgmn informasi kawalan diwakili dan

dikodkan. – Bgmn alamat arahan-mikro yg berikutnya

ditentukan.

Micro-instruction Types

• Setiap arahan-mikro menentukan satu atau bbrp operasi-mikro yg akan dilaksanakan. – (Vertical micro-programming) ….??

• Setiap arahan-mikro menentukan bbrp operasi-mikro yg berlainan dilakukan serentak.– (Horizontal micro-programming) ….??

Micro-programmed Control Memory

.Jump to Indirect or Execute

.Jump to Execute

.Jump to Fetch

Jump to Op code routine

.

Jump to Fetch or Interrupt

.

Jump to Fetch or Interrupt

Rutin kitaran ambilan

Rutin kitaran tak-terus

Rutin kitaran sampukan

Mulakan kitaran perlaksanaan

Rutin AND

Rutin ADD

Micro-programmed Control Unit

Control Signals

MicroprogramMemory

Control Address Reg.

Decoder

Instruction Register

SequencingLogic

Control Buffer Reg.

Decoder

ALUFlagsClock

Next Address Control

Read

Micro-programmed Control Unit

• Control address register (CAR) digunakan utk membaca turutan CW drpd memori aturcara-mikro.

• Setiap kali arahan baru dimuatkan ke dlm IR, keluaran drpd blok “sequencing logic” dimuatkan ke dlm CAR

• Seterusnya secara autoamtik CAR dinaikkan oleh jam, menyebabkan arahan-mikro dibaca drpd memori.

Micro-programmed Control Unit

• Aturcara-mikro mendefinasikan set arahan komputer; kerana ia boleh/mudah mengubah set arahan dengan hanya menukar kandungan dlm memori aturcara-mikro (flexibility)

• Perlaksanaan arahan membabitkan ambilan drpd memori aturcara-mikro. Oleh itu, kelajuan memori ini merupakan peranan utama dlm menentukan kelajuan komputer.

• Dlm kes di mana keseluruhan CPU difabrikasikan dlm satu cip, sebahagian drpdnya ialah micro-program ROM.

Advantages and Disadvantages

• Simplifies design of control unit– Cheaper– Less error-prone

• Slower

Reading Material

• William Stallings “computer organization and architecture” 6th ed

• Chapter 16, control unit operation

• Chapter 17, micro-programmed control