TUGAS MATA KULIAH

ORGANISASI KOMPUTERDosen : Ela Herawati, S.Kom

“Data Path & Control Unit”

Oleh :[ 10106363 ] - Christian Satria Katili

UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIAJURUSAN TEKNIK INFORMATIKA TAHUN 2009

Datapath

Datapath adalah kumpulan unit fungsional, sama halnya seperti unit logika aritmatika atau multipliers yang melakukan operasi pengolahan data.

CPU dapat dibagi menjadi bagian data (Data Section) dan bagian kendali (control section). Pada bagian data atau disebut juga datapath, berisi register dan ALU.

Pada bagian Kendali, Control unit yang memegang kendali untuk mengeluarkan sinyal control ke datapath tersebut. Pergerakan data internal dari tiap bagian dilakukan dengan melalui sistem bus interkoneksi, yang membawa data, instruksi, nilai, dan alamat kemudian diteruskan dari register ke memori dan I/O device.

UNIT FUNGSIONAL

10106363 - Christian Katili O r g a n i s a s i K o m p u t e r | 2

ONE-BUS ORGANIZATION

Register CPU dan ALU menggunakan bus tunggal untuk bergerak keluar dan masuknya data. Karena bus hanya dapat menangani gerakan data tunggal dalam satu siklus clock, maka operasi dua operand akan membutuhkan dua siklus untuk mengambil operan. Register tambahan juga mungkin akan diperlukan untuk melakukan buffer data untuk ALU.

Organisasi Bus ini yang paling sederhana dan paling murah, tapi membatasi jumlah transfer daya yang apat dilakukan dalam satu siklus yang sama, yang mana akan memperlambat kinerja secara keseluruhan.

TWO-BUS ORGANIZATION

Menggunakan dua bus lebih cepat dibandingkan menggunakan satu bus. Data dapat di transfer dari dua register yang berbeda ke titik input ALU pada waktu yang bersamaan.

Dalam beberapa kasus (seperti pada gambar) salah satu bus mungkin akan di dedikasikan untuk memindahkan data ke register, sementara yang lain didedikasikan untuk mentransfer data dari register. Dalam kasus ini, register tambahan bisa digunakan sebagai salah satu input ALU, untuk memegang salah satu operan. Output ALU dapat dihubungkan langsung ke bus-in, yang akan mentransfer hasilnya ke dalam salah satu register.

THREE-BUS ORGANIZATION

Dalam organisasi tiga bus, dua bus dapat digunakan sebagai bus-resource, sementara bus yang ketiga digunakan sebagai tujuan. Sumber bus memindahkan data dari register dan bus tujuan dapat memindahkan data ke dalam register.

Masing-masing kedua bus-out tadi di hubungkan sebagai titik input ALU, sedangkan outputnya langsung terhubung ke bus-in. Semakin banyak bus yang kita miliki, maka semakin banyak data yang bisa bergerak dalam satu siklus tunggal, namun meningkatkan bus juga akan meningkatkan kompleksitas dari perangkat keras.

10106363 - Christian Katili O r g a n i s a s i K o m p u t e r | 3

Single-cycle Datapath

Satu siklus untuk setiap instruksi. Semua logika combinational harus

menstabilkan satu siklus clock Versi yang sederhana; membantu memahami

operasi datapath Dasar-dasar logika digital Berfokus pada komponen yang berguna Memetakan ISA ke dalam sebuah datapath Single-Cycle Control Syarat control: ALU, multiplexors

Multi-cycle Datapath

Pelaksanaannya dengan cara memecah intruksi menjadi beberapa step

Setiap langkah membutuhkan siklus clock tunggal

Setiap unit fungsional dapat digunakan lebih dari sekali dalam sebuah instruksi

Digunakan selama dalam clock cycle yg berbeda

Mengurangi jumlah hardware yang dibutuhkan

Mengurangi waktu rata-rata instruksi

Perbedaaan Multi-cycle Datapath dengan Single-Cycle Datapath :

Satu memori untuk instruksi dan data Tidak ada adders terpisah untuk PC atau

perhitungan cabang Register Extra ditambahkan setelah unit-

unit fungsional utama untuk memegang hasil antara siklus clock

10106363 - Christian Katili O r g a n i s a s i K o m p u t e r | 4

Control UnitControl Unit (Bahasa Inggris) atau Unit Kontrol adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan kendali terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas bagian lainnya dari CPU.

Awalnya CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk di desain. Sekarang, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan control yang disebut Control Store. Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang datang dari word-word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagin berbeda dari perangkat tersebut, termasuk diantaranya adalah register, ALU, Register Instruksi, Bus, I/O Device di luar chip. Pada computer modern, setiap subsistem ini telah memiliki kontrolernya masing-masing, dengan CU sebagai pemantaunya.

TUGAS CONTROL UNIT, adalah sebagai berikut :

1. Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.

2. Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.

3. Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses.

4. Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja.

5. Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Macam-macam Control Unit

1. Single-Cycle CUProses 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.

Ada dua bagian pada unit kontrol ini, yaitu proses men-decode opcode untuk mengelompokkannya menjadi 4 macam instruksi (yaitu di gerbang AND), dan pemberian sinyal kontrol berdasarkan jenis instruksinya (yaitu gerbang OR). Keempat jenis instruksi adalah “R-format” (berhubungan dengan register), “lw” (membaca memori), “sw” (menulis ke memori), dan “beq” (branching). Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya.

Misalnya jika melibatkan memori ”R-format” atau ”lw” maka akan sinyal ”Regwrite” akan aktif. Hal lain jika melibatkan memori “lw” atau “sw” maka akan diberi sinyal kontrol ke ALU, yaitu “ALUSrc”. Desain single-cycle ini lebih dapat bekerja dengan baik dan benar tetapi cycle ini tidak efisien.

2. Multi-Cycle CUBerbeda 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 output control 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.

SIKLUS PENGAMBILAN-EKSEKUSI

Langkah-langkah yang dilakukan CU dalam melaksanakan suatu program adalah:

1) Ambil instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dari memori.

2) Decode opcode.3) Baca operan dari memori utama, jika ada.4) Jalankan instruksi dan hasil toko, jika ada.5) ke langkah 1.

10106363 - Christian Katili O r g a n i s a s i K o m p u t e r | 2