Isyarat2 Kawalan Input

1
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

2
Isyarat2 Kawalan (Input)

• Bendera2 (Flags)
• Menunjukkan situasi CPU
• Keputusan operasi2 terdahulu
• Drpd pengawal bas
• Sampukan2 (Interrupts)
• Pengakuan2 (Acknowledgements)

3
Isyarat2 Kawalan - Output

• Dalam CPU
• menyebabkan pergerakan data
• Mengaktifkan fungsi2 tertentu (specific
  functions)
• Melalui pengawal bas
• ke memori
• ke modul2 I/O

4
Constituent Elements of Program Execution
5
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

6
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

7
Fetch Sequence (Symbolic)

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

8
Rules for Clock Cycle Grouping

• Turutan sewajarnya mestiu diikuti
• MAR lt- (PC) mesti didahului MBR lt- (memory)
• Konflik mesti dihindarkan
• Jangan baca tulis pd pendaftar yg sama pd masa
  yg sama
• MBR lt- (memory) IR lt- (MBR) mesti tidak berada
  dlm kitaran yg sama
• Also PC lt- (PC) 1 involves addition
• guna ALU
• berkemungkinan memerlukan penambahan operasi2
  mikro

9
Kitaran tak-terus (Indirect)

• MAR lt- (IRaddress) - medan alamat IR
• MBR lt- (memory)
• IRaddress lt- (MBRaddress)
• MBR mengandungi alamat
• Sekarang IR berada pd situasi yg sama sekiranya
  jika pengalamat terus digunakan
• (What does this say about IR size?)

10
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 lt- (IRaddress)
• t2 MBR lt- (memory)
• t3 R1 lt- R1 (MBR)
• Note no overlap of micro-operations

11
Example Control Signal Sequence - Fetch

• Mar lt- (pc)
• Unit kawalan mengaktifkan isyarat utk membuka
  get2 di antara PC MAR
• MBR lt- (memory)
• Buka get2 antara MAR alamat bas
• Memori membaca isyarat kawalan
• Buka get2 antara data bas MBR

12
Example Control Signal Sequence - Fetch

• Mar lt- (pc)
• Unit kawalan mengaktifkan isyarat utk membuka
  get2 di antara PC MAR
• MBR lt- (memory)
• Buka get2 antara MAR alamat bas
• Memori membaca isyarat kawalan
• Buka get2 antara data bas MBR

13
The Instruction Cycle

• Instruction Cycle Code (ICC)
• 2-bit register
• 00 Fetch
• 01 Indirect
• 10 Execute
• 11 Interrupt

See Page 583 (Fig 16.3)
14
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.

15
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.

16
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.

17
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

18
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.

19
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) .??

20
Micro-programmed Control Memory
. Jump to Indirect or Execute
Rutin kitaran ambilan
. Jump to Execute
Rutin kitaran tak-terus
. Jump to Fetch
Rutin kitaran sampukan
Jump to Op code routine
Mulakan kitaran perlaksanaan
. Jump to Fetch or Interrupt
Rutin AND
. Jump to Fetch or Interrupt
Rutin ADD
21
Micro-programmed Control Unit
Instruction Register
Decoder
ALU Flags Clock
Sequencing Logic
Control Address Reg.
Microprogram Memory
Read
Control Buffer Reg.
Next Address Control
Decoder
Control Signals
22
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.

23
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.

24
Advantages and Disadvantages

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

25
Reading Material

• William Stallings computer organization and
  architecture 6th ed
• Chapter 16, control unit operation
• Chapter 17, micro-programmed control