ORKOM 13 : Micro-Programmed Control

Hardwired Implementation 

• Mengontrol input-input unit
• Flag dan sinyal-sinyal kontrol bus  

        - Umumnya, tiap bit memiliki arti tertentu.

• Instruction register

        - Unit control menggunakan op-code dan tiap op-code akan melakukan aksi yang 

           berbeda (sejumlah kombinasi sinyal-sinyal kontrol) instruksi berlainan
        - Input logika unik bagi setiap op-code
        - Decoder mengambil input yang didekode dan menghasilkan sebuah output
        - Umumnya, dekoder memiliki n input biner and 2ⁿ outputs biner

• Clock

      - Mengeluarkan rangkaian pulsa yang berulang-ulang

      - Berguna untuk mengukur durasi operasi mikro     - Harus cukup panjang untuk memungkinkan terjadinya perambatan sinyal di sepanjang               lintasan data dan merambat ke rangkaian CPU.    - Sinyal kontrol yang berlainan dalam satuan waktu yang berbeda pada sebuah siklus       instruksi tunggalnya    - Dibutuhkan penghitung sebagai input bagi unit kontrol dengan input kontrol yang berbeda        untuk tiap satuan waktunya.
Problems With Hard Wired Designs

• Complex sequencing & micro-operation logic
• Difficult to design and test
• Inflexible design
• Difficult to add new instructions

Perancangan Control UNit

• Rancangan hardwired -> sejumlah gerbang (gate), counter dan register saling dihubungkan untuk menghasilkan sinyal-sinyal kontrol. Tiap rancangan memerlukan sekelompok piranti logika dan hubungan yang berbeda-beda
• Rancangan microprogrammed -> dibentuk serangkaian instruksi mikro, yang disebut sebagai program mikro (micro-program) untuk setiap instruksi mikro dan disimpan dalam sebuah memori kontrol (biasanya ROM) dalam Control Unit.
• Istilah “micro-program” pertama kali muncul pada tahun 1950 dan diperkenalkan oleh M. V. Wilkes
• Pada hard-wired diperlukan perancangan ulang perangkat keras jika serangkaian instruksi dikembangkan
• Sebaliknya, pada micro-programmed, serangkaian instruksi mikro (program-mikro) disimpan dalam ROM sehingga sebuah instruksi dapat diubah dengan mengubah program mikro yang bersesuaian dengan instruksi tersebut dan kelompok instruksi dapat dikembangkan dengan hanya menyertakan ROM tambahan yang berisi program-mikro bersesuaian.

Micro-programmed Control

• Menggunakan sekumpulan instruksi untuk mengontrol operasi yang kompleks
• Rangkaian instruksi tersebut disebut dengan micro-programming atau firmware

Microprogrammable Control Unit

• Suatu control unit dapat dikatakan microprogrammable apabila memori kontrolnya dapat dimodifikasi oleh pemakai untuk menghasilkan instruksi makro yang dibentuk sesuai keinginan pemakai.
• Apabila tidak, kelompok instruksi tetap, maka disebut kelompok instruksi dalam control unit hard-wired

KOMPONEN-KOMPONEN POKOK CONTROL UNIT MICROPROGRAMMED

1. Instruction Register

          Menyimpan instruksi register mesin yang dijalankan.

      2. Control Store berisi microprogrammed

• Untuk semua instruksi mesin.
• Untuk startup mesin.
• Untuk memprosesan interupt

       3. Address Computing Circuiting
       Menentukan alamat Control Store dari mikroinstruksi berikutnya yang akan dijalankan.

      4. Microprogrammed Counter

          Menyimpan alamat dari mikroinstruksi berikutnya.      5. Microinstruction Buffer         Menyimpan mikroinstruksi tersebut selama dieksekusi.     6. Microinstruction Decoder     Menghasilkan dan mengeluarkan mikroorder yang didasarkan pada mikroinstruksi dan               opcode instruksi yang akan dijalankanImplementation

• Seluruh unit kontrol dapat membangkitkan sekumpulan sinyal kontrol.
• Tiap saluran kontrol tersebut dalam keadaan on atau off
• Kondisi tersebut direpresentasikan oleh digit biner untuk masing-masing saluran kontrolnya.
• Terdapat control word untuk setiap operasi mikro.
• Memiliki sejumlah control words untuk tiap instruksi mesin
• Menambahkan field alamat untuk menjelaskan micro-instruction selanjutnya, untuk menspesifikasikan kondisi

Micro-instruction Types

• Each micro-instruction specifies single micro-operations to be performed

          - (vertical micro-programming)

• Each micro-instruction specifies many different micro-operations to be performed in parallel

          - (horizontal micro-programming)       - Terdapat satu bit bagi setiap saluran kontrol CPU internal dan satu bit bagi setiap                       saluran   kontrol bus sistem

Control Unit Function

• Untuk mengeksekusi suatu instruksi, unit urutan logika mengeluarkan perintah READ ke memori kontrol
• Word yang memiliki alamat yang dispesifikasikan pada register alamat kontrol dibaca ke dalam register buffer kontrol.
• Isi register buffer kontrol menghasilkan sinyal-sinyal kontrol dan informasi alamat berikutnya untuk unit urutan logika.
• Unit logika pengurutan memuatkan sebuah alamat ke dalam register alamat kontrol yang didasarkan pada informasi alamat berikutnya dari register buffer kontrol dan flag ALU.

Next Address Decision

• Tergantung dari flag ALU dan register buffer control

          - Get next instruction              - menambahkan 1 ke register alamat kontrol          - Jump to new routine based on jump microinstruction              - Memuatkan field alamat register buffer kontrol ke dalam register alamat kontrol          - Jump to machine instruction routine              - Memuatkan register alamat kontrol ke opcode di dalam IRAdvantages and Disadvantages of Microprogramming

• Dapat menyederhanakan rancangan unit kontrol

          - Rancangan menjadi lebih murah          - Kesalahan yang terjadi lebih sedikit

• Slower

Tasks Done By Microprogrammed Control Unit

• Pengurutan instruksi mikro -> mengambil instruksi-instruksi mikro berikutnya dari unit kontrol
• Eksekusi instruksi mikro -> Menghasilkan sinyal-sinyal kontrol yang diperlukan untuk mengeksekusi instruksi mikro
• Keduanya sama-sama dipertimbangkan dalam merancang sebuah unit kontrol karena akan mempengaruhi format instruksi mikro dan pewaktuan unit kontrol.

Pertimbangan Perancangan

• Ukuran instruksi mikro

       - Peminimalan ukuran memori kontrol akan mengurangi biaya yang diperlukan u/ komponen                      tersebut 

• Waktu yang diperlukan untuk pembuatan alamat (address generation time)

       - Ditentukan oleh instruction register         - Terjadi sekali per siklus instruksi, setelah sebuah instruksi diambil.       - Next sequential address          - Common in most designed       - Branches         - Baik yang bersyarat conditional maupun tidak bersyarat (unconditional)Teknik Pengurutan

• Berdasarkan pada

       - instruksi mikro saat itu, flag-flag kondisi, isi IR, alamat memori kontrol harus dibuat untuk                         keperluan instuksi mikro berikutnya.       - format informasi alamat yang terdapat di dalam instruksi mikro          - Dua field alamat          - Field alamat tunggal          - Format variabel

Execution

• The cycle is the basic event
• Each cycle is made up of two events

        - Fetch          - Determined by generation of microinstruction address        - ExecuteExecute

• Effect is to generate control signals
• Some control points internal to processor
• Rest go to external control bus or other interface