Arsitektur Set Instruksi
Nama : Yohannes Leonard
Kelas : 4IB02-C
Npm : 17416788
Arsitektur
Set Instruksi
Set
instruksi didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang
dapat dilihat oleh para pemrogram, Set instruksi (instruction set) adalah
sekumpulan lengkap instruksi yang dapat di mengerti oleh sebuah CPU, set
instruksi sering juga disebut sebagai bahasa mesin (machine code), karna
aslinya juga berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly, untuk
konsumsi manusia (programmer), biasanya digunakan representasi yang lebih mudah
dimengerti oleh manusia.
a.
Dua bagian utama arsitektur komputer:
1.
Instruction set architecture (ISA) / arsitektur set instruksi ISA meliputi
spesifikasi yang menentukan bagaimana programmer bahasa mesin akan
berinteraksi oleh komputer. ISA menentukan sifat komputasional computer, ISA
terkadang digunakan untuk membedakan kumpulan karakteristik yang
disebut di atas dengan mikro arsitektur prosesor, yang merupakan kumpulan
teknik desain prosesor untuk mengimplementasikan set instruksi (mencakup
microcode, pipeline, sistem cache, manajemen daya, dan lainnya).
2.
Hardware system architecture (HSA) / arsitektur system hardware HSA
berkaitan dengan subsistem hardware utama computer (CPU, system memori dan IO).
HSA mencakup desain logis dan organisasi arus data dari subsistem.
Jenis-Jenis Instruksi
Terdapat kumpulan unik set
instruksi, yang dapat digolongkan dalam jenis-jenisnya yaitu :
1.
Pengolahan data (dataprocessing)
Meliputi
operasi-operasi aritmetika dan logika. Operasi aritmetika memiliki kemampuan
komputasi untuk pengolahan data numeric. Sedangkan instruksi logika beroperasi
terhadap bit-bit word sebagai bit, bukannya sebagai bilangan, sehingga
instruksi ini memiliki kemampuan untuk pengolahan data lain.
2.
Perpindahan Data (data movement)
Perpindahan
data (data movement) berisi instruksi perpindahan data antar register maupun
modul I/O. untuk dapat diolah oleh CPU maka diperlukan instruksi-instruksi yang
bertugas memindahkan data operand yang diperlukan.
3.
Penyimpanan data (data storage)
Penyimpanan
data (data storage) berisi instruksi-instruksi penyimpan kememori. Instruksi
penyimpanan sangat penting dalam operasi komputasi, karena data tersebut akan
digunakan untuk operasi berikutnya, minimal untuk ditampilkan pada layar harus
diadakan penyimpanan walaupun sementara.
4.
Kontrol aliran program (program flow control)
Kontrol
aliran program (program flow control) berisi instruksi pengontrolan operasi dan
percabangan ke set instruksi lain.
Karakteristik
Dan Fungsi Set Instruksi
a.
Operasi dari CPU ditentukan oleh instruksi-instruksi yang dilaksanakan atau
dijalankannya. Instruksi ini sering disebut sebagai instruksi mesin (mechine
instructions) atau instruksi komputer (computer instructions)
b.
Kumpulan dari instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan oleh CPU
disebut set Instruksi (Instruction Set).
Elemen-Elemen Dari
Instruksi Mesin (Set Instruksi)
* Operation Code (opcode) :
menentukan operasi yang akan dilaksanakan
* Source Operand Reference
: merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan
* Result Operand Reference
: merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan
* Next instruction
Reference : memberitahu CPU untuk mengambil (fetch) instruksi berikutnya
setelah instruksi yang dijalankan selesai. Source dan result operands dapat
berupa salah satu diantara tiga jenis berikut ini:
Main or Virtual Memory
CPU Register
I/O Device
Missal instruksi dengan 2
alamat operand : ADD A,B A dan B adalah suatu alamat register.
Desain
Set Instruksi
a.
Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek
yang melibatkan banyak aspek,
diantaranya
adalah:
1. Kelengkapan set
instruksi
2. Ortogonalitas (sifat
independensi instruksi)
3. Kompatibilitas
:
- Source code
compatibility
- Object code
Compatibility
Selain
ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut:
1.
Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan
berapa sulit operasinya
2.
Data Types: tipe/jenis data yang dapat diolah berdasarkan Instruction Format:
panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
3.
Register: Banyaknya register yang dapat digunakan
4.
Addressing: Mode pengalamatan untuk operand
Jenis-Jenis
Operand
* Addresses
* Numbers :
– Integer or fixed
point => sebuah integer yang skala dengan faktor tertentu. Penting untuk
dicatat bahwa faktor skala ditentukan oleh jenis, itu adalah sama untuk semua
nilai dari jenis fixed-titik tertentu.
– Floating point => sebuah
bilangan yang digunakan untuk menggambarkan sebuah nilai yang sangat besar atau
sangat kecil
– Decimal (BCD )=>
sistem pengkodean bilangan desimal yang metodenya mirip dengan bilangan biner
biasa; hanya saja dalam proses konversi, setiap simbol dari bilangan desimal
dikonversi satu per satu, bukan secara keseluruhan seperti konversi bilangan
desimal ke biner biasa.)
* Characters :
– ASCII (American
Standard Code for Information Interchange) => suatu standar internasional
dalam kode huruf dan simbol seperti Hex dan Unicode tetapi ASCII lebih bersifat
universal, contohnya 124 adalah untuk karakter "|". Ia selalu
digunakan oleh komputer dan alat komunikasi lain untuk menunjukkan teks.
– EBCDIC (Extended
Binary Coded Decimal Interchange Code) => kode 8 bit untuk huruf yang
dipakai pada sistem operasi komputer merk IBM, seperti z/OS, OS/390, VM, VSE,
OS/400, serta i5/OS
* Logical Data : Bila data
berbentuk binary: 0 dan 1
Tipe-tipe Operasi
Ø Transfer data
·
Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.
·
Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas
dari pada stack.
·
Menetapkan panjang data yang dipindahkan.
·
Menetapkan mode pengalamatan.
·
Tindakan CPU untuk melakukan transfer data adalah :
a.
Memindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain
b.
Apabila memori dilibatkan :
Menetapkan
alamat memori.
Menjalankan
transformasi alamat memori virtual ke alamat
memori
aktual.
Ø Operasi Set Instruksi Untuk
Transfer Data
a.
MOVE : memindahkan word atau blok dari sumber ke tujuan
b.
STORE : memindahkan word dari prosesor ke memori
c.
LOAD : memindahkan word dari memori ke prosesor
d.
EXCHANGE : menukar isi sumber ke tujuan
e.
CLEAR / RESET : memindahkan word 0 ke tujuan
f.
SET : memindahkan word 1 ke tujuan
g.
PUSH : memindahkan word dari sumber ke bagian paling atas stack
h.
POP : memindahkan word dari bagian paling atas sumber
Ø ARITHMETIC
a)
Aritmatic Tindakan CPU untuk melakukan operasi Arithmatic :
-
Transfer data sebelum atau sesudah
-
Melakukan fungsi dalam ALU
-
Menset kode kode kondisi dan flag.
Operasi set instruksi untuk
aritmatik :
a.
ADD
: Penjumlahan
b.
SUBSTRACT : Pengurangan
c.
MULTIPLY : Perkalian
d.
DIVIDE :
Pembagian
e. ABSOLUTE
f .NEGATIVE
g. DECREMENT
h. INCREMENT
Nomor 5 sampai 8 merupakan
instruksi operasi tunggal
b)
Input Output Tindakan CPU untuk melakukan Input/Output :
-
Apabila memory mapped I/O maka menentukan alamat memory mapped.
-
Mengawali perintah ke Modul I/O Operasi Set Instruksi Input/Output
-
INPUT: Memindahkan data dari pengangkat I/O tertentu ke tujuan
-
OUTPUT: Memindahkan data dari sumber tertentu ke perangkat I/O
-
START I/O: Memindahkan instruksi ke processor I/O untuk mengawali operasi I/O
-
TEST I/O: Memindahkan informasi dari system I/O ke tujuan Logical
Ø LOGIKA
· Kontrol system dan transfer
controla.
· Tindakan CPU sama dengan
aritmatik b.Operasi set instruksi untuk operasi Logical :
- AND, OR, NOT, EXOR
- COMPARE :Melakukan
perbandingan logika
- TEST : Menguji kondisi
tertentu
- SHIFT : Operand menggeser
ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin
Ø CONVERSI
Tindakan CPU sama dengan
arithmetic dan logical.
* Instruksi yang mengubah
format instruksi yang beroperasi terhadap format data.
* Misalnya pengubahan
bilangan desimal menjadi bilangan biner.
Operasi set instruksi untuk
conversi :
1. TRANSLATE :
menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori
berdasrkan tabel korespodensi.
2.
CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.
Ø INPUT / OUPUT
* Tindakan CPU untuk
melakukan INPUT /OUTPUT :
1. Apabila memory mapped
I/O maka menentukan alamat memory mapped.
2. Mengawali perintah ke
modul I/O
* Operasi set instruksi
Input / Ouput :
1. INPUT : memindahkan data
dari pernagkat I/O tertentu ke tujuan
2. OUTPUT : memindahkan
data dari sumber tertentu ke perangkat I/O
3. START I/O : memindahkan
instruksi ke prosesor I/O untuk mengawali operasi I/O
4. TEST I/O : memindahkan
informasi dari sistem I/O ke tujuan
Ø TRANSFER CONTROL
* Tindakan CPU untuk
transfer control : Mengupdate program counter untuk subrutin , call
/ return.
* Operasi set instruksi
untuk transfer control :
1. JUMP (cabang) :
pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu.
2. JUMP BERSYARAT : menguji
persyaratan tertentu dan memuat PC dengan alamat tertentu atau tidak melakukan
apa tergantung dari persyaratan.
3. JUMP SUBRUTIN : melompat
ke alamat tertentu.
4. RETURN : mengganti isi
PC dan register lainnya yang berasal dari lokasi tertentu.
5. EXECUTE : mengambil
operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi
6. SKIP : menambah PC
sehingga melompati instruksi berikutnya.
7. SKIP BERSYARAT :
melompat atau tidak melakukan apa-apa berdasarkan pada persyaratan
8. HALT : menghentikan
eksekusi program.
9. WAIT (HOLD) :
melanjutkan eksekusi pada saat persyaratan dipenuhi
10. NO OPERATION : tidak
ada operasi yang dilakukan.
Teknik Pengalamatan
Ada 6 macam cara dalam mode
pengalamatan :
1. Immmediate addressing
Merupakan bentuk pengalamtan yang paling sederhana, dimana operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari instruksi operand sama dengan field alamat. Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk komplemen dua, dengan bit kiri sebagai bit tanda. Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda di geser ke kiri hingga maksimum word data.
Keuntungan dari mode pengalamatan ini adalah tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand, dan juga dapat menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat . Namun kekurangan dari mode pengalamatan ini adalah ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field alamat
2. Direct addressing
Cara ini merupakan cara yang baik digunakan pada komputer lama dan komputer kecil, karena hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan sebuah kalkulus khusus.
Kelebihan dari mode pengalamatan ini, dimana field alamat berisi efektif address sebuah operand. Kelemahan dari mode penglamatan ini yaitu keterbatasan field alamat karena panjang fied alamat relatif lebih kecil dibanding panjang word.
1. Immmediate addressing
Merupakan bentuk pengalamtan yang paling sederhana, dimana operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari instruksi operand sama dengan field alamat. Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk komplemen dua, dengan bit kiri sebagai bit tanda. Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda di geser ke kiri hingga maksimum word data.
Keuntungan dari mode pengalamatan ini adalah tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand, dan juga dapat menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat . Namun kekurangan dari mode pengalamatan ini adalah ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field alamat
2. Direct addressing
Cara ini merupakan cara yang baik digunakan pada komputer lama dan komputer kecil, karena hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan sebuah kalkulus khusus.
Kelebihan dari mode pengalamatan ini, dimana field alamat berisi efektif address sebuah operand. Kelemahan dari mode penglamatan ini yaitu keterbatasan field alamat karena panjang fied alamat relatif lebih kecil dibanding panjang word.
3. Indirect addressing
Mode ini merupakan mode pengalamatan secara tidak langsung, dimana field mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilirannya akan berisi alamat oprand yang panjang.
Contoh pada kasus ADD(A) dimana tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi memori alamat A ke akumulator.
Pada mode ini kelebihannya, dimana ruang bagi alamatnya menjadi besar, sehingga semakin banyak alamat yang mendapat referensi. Namun ada pula kekurangan dari mode pengalamatan ini yaitu,diperlukan referensi memori ganda dalam suatu fetch sehingga memperlambat proses operasi.
4. Register addressing
Register addressing merupakan suatu mode pengalamatan yang cara kerjanya hampir mirip dengan mode pengalamatan langsung (direct addressing), namn perbedaannya terletak pada field alamat yang mengacu pada register, bukan pada memori utama.
Field yang mereferensi register yang memiliki panjang3 atau 4 bit, sehingga dapat mereferensi 8 atau 16 general purpose.
Keuntungan dari mode pengalamatan register ini adalah Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori. Akses ke register lebih cepat dari pada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat. Namun adapun kelemahan dari mode ini yaitu menjadi terbatasnya ruang alamat.
5. Register indirect addressing
Keterbatasan field alamat diatasi dengan pengaksesan memori yang tidak langsung sehingga alamat yang dapat direferensi makin banyak. Dalam satu siklus pengambilan dan penyimpanan, mode pengalamatan register tidak langsung hanya menggunakan satu referensi memori utama sehingga lebih cepat dari pada mode pengalamatan tidak langsung
6. Displacement addressing
Mode ini yaitu dengan operand berada pada alamat A ditambahkan isi register. Pada mode ini terdapat tiga model displacement yaitu :
-Relative addressing
-Base register addressing
-Indexing
