BAB IV
ARSITEKTUR
SET INSTRUKSI DAN DESIGN SET INSTRUKSI
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.
Sebuah instruksi
terdiri dari sebuah opcode, biasanya bersama dengan beberapa informasi tambahan
seperti darimana asal operand-operand dan kemana hasil-hasil akan ditempatkan.
Subyek umum untuk menspesifikasikan di mana operand-operand berada (yaitu,
alamat-alamatnya) disebut pengalamatan.
Pada beberapa
mesin, semua instruksi memiliki panjang yang sama, pada mesin-mesin yang lain
mungkin terdapat banyak panjang berbeda. Instruksi-instruksi mungkin lebih
pendek dari, memiliki panjang yang sama seperti, atau lebih panjang dari
panjang word. Membuat semua instruksi memiliki panjang yang sama lebih muda
dilakukan dan membuat pengkodean lebih mudah tetapi sering memboroskan ruang,
karena semua instruksi dengan demikian harus sama panjang seperti instruksi
yang paling panjang.
Di dalam sebuah instruksi terdapat
beberapa elemen-elemen instruksi:
1. Operation
code (op code)
2. Source
operand reference
3. Result
operand reference
4. Xext
instruction preference
Format instruksi (biner):
Missal instruksi dengan 2 alamat operand
: ADD A,B A dan B adalah suatu alamat register.
Beberapa simbolik instruksi:
ADD :
Add (jumlahkan)
SUB :
Subtract (Kurangkan)
MPY/MUL :
Multiply (Kalikan)
DIV :
Divide (Bagi)
LOAD :
Load data dari register/memory
STOR :
Simpan data ke register/memory
MOVE :
pindahkan data dari satu tempat ke tempat lain
SHR :
shift kanan data
SHL :
shift kiri data .dan lain-lain
Cakupan jenis instruksi:
Data
processing :
Aritmetik (ADD, SUB, dsb); Logic (AND, OR, NOT, SHR,
dsb); konversidata
Data storage (memory) :
Transfer data (STOR, LOAD, MOVE, dsb)
Data
movement :
Input dan Output ke modul I/O
Program flow
control : JUMP, HALT, dsb.
Bentuk instruksi:
- Format
instruksi 3 alamat
Mempunyai bentuk
umum seperti : [OPCODE][AH],[AO1],[AO2]. Terdiri dari satu alamt hasil, dan dua
alamat operand, misal SUB Y,A,B Yang mempunyai arti dalam bentuk algoritmik : Y
:= A – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg a dengan isi reg
B, kemudian simpan hasilnya di reg Y. bentuk bentuk pada format ini tidak umum
digunakan di dalam computer, tetapi tidak dimungkinkan ada pengunaanya, dalam
peongoprasianya banyak register sekaligus dan program lebih pendek.
Contoh:
A, B, C, D, E, T, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
SUB Y, A,
B Y
:= A – B
MPY T, D,
E T
:= D × E
ADD T, T,
C T
:= T + C
DIV Y, Y,
T Y:=
Y / T
Memerlukan 4 operasi
- Format
instruksi 2 alamat
Mempunyai bentuk
umum : [OPCODE][AH],[AO]. Terdiri dari satu alamat hasil merangkap operand,
satu alamat operand, missal : SUB Y,B yang mempunyai arti dalam algoritmik :
Y:= Y – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg Y dengan isi reg
B, kemudian simpan hasillnya di reg Y. bentuk bentuk format ini masih digunakan
di computer sekarang, untuk mengoprasikan lebih sedikit register, tapi panjang
program tidak bertambah terlalu banyak.
Contoh :
A, B, C, D, E, T, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
MOVE Y,
A Y
:= A
SUB Y,
B Y
:= Y – B
MOVE T,
D T
:= D
MPY T,
E T
:= T × E
ADD T,
C T
:= T + C
DIV Y,
T Y:=
Y / T
Memerlukan 6 operasi
- Format
instruksi 1 alamat
Mempunyai bentuk
umum : [OPCODE][AO]. Terdiri dari satu alamat operand, hasil disimpan di
accumulator, missal : SUB B yang mempunyai arti dalam algoritmik : AC:= AC – B
dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi Acc dengan isi reg B, kemudian
simpan hasillnya di reg Acc. bentuk bentuk format ini masih digunakan di
computer jaman dahulu, untuk mengoprasikan di perlukan
satu register, tapi panjang program semakin bertambah.
Contoh :
A, B, C, D, E, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
LOAD
D AC
:= D
MPY
E AC
:= AC × E
ADD
C AC
:= AC + C
STOR
Y Y
:= AC
LOAD
A AC
:= A
SUB
B AC
:= AC – B
DIV
Y AC
:= AC / Y
STOR
Y Y
:= AC
Memerlukan 8 operasi
- Format instruksi 0 alamat
Mempunyai bentuk umum : [OPCODE]. Terdiri dari semua alamat operand implicit,
disimpan dalam bentuk stack. Operasi yang biasanya membutuhkan 2 operand, akan
mengambil isi stack paling atas dan dibawahnya missal : SUB yang mempunyai arti
dalam algoritmik : S[top]:=S[top-1]-S[top] dan arti dalam bentuk
penjelasan : kurangkan isi stack no2 dari atas dengan isi stack paling atas,
kemudian simpan hasilnya di stack paling atas, untuk mengoprasikan ada beberapa
instruksi khusus stack PUSH dan POP.
Contoh :
A, B, C, D, E, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
PUSH
A S[top]
:= A
PUSH B S[top]
:= B
SUB S[top]
:= A – B
PUSH
C S[top]
:= C
PUSH
D S[top]
:= D
PUSH
E S[top]
:= E
MPY S[top]
:= D × E
ADD S[top]
:= C + S[top]
DIV S[top]
:= (A – B) /S[top]
POP
Y Out
:= S[top]
Memerlukan 10 operasi
Set instruksi pada CISC:
Berikut ini merupakan karakteristik set
instruksi yang digunakan pada beberapa computer yang memiliki arsitektur CISC
Perbandingan set instruksi
Beberapa
computer CISC (Complex Instruction Set Computer) menggunakan cara implist dalam
menentukan mode addressing pada setiap set instruksinya. Penentuan mode
addressing dengan cara implicit memiliki arti bahwa pada set instruksi tidak di
ada bagian yang menyatakan tipe dari mode addressing yang digunakan, deklarasi
dari mode addressing itu berada menyatu dengan opcode. Lain hal nya dengan cara
imsplisit, cara eksplisit sengaja menyediakan tempat pada set instruksi untuk
mendeklarasikan tipe mode addressing. Pada cara eksplisit deklarasi opcode dan
mode addressing berada terpisah.
Data pada tempat
deklarasi mode addressing diperoleh dari logaritma basis dua jumlah mode
addressing. Jika deklarasi mode addressing dilakukan secara implicit akan
menghemat tempat dalam set instruksi paling tidak satu bit untuk IBM 3090 dan 6
bit untuk MC68040. Perubahan satu bit pada set instruksi akan memberikan
jangkauan alamat memori lebih luas mengingat range memori dinyatakan oleh
bilangan berpangkat dua.
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
DESAIN SET INSTRUKSI
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 olah Instruction Format: panjangnya,
banyaknya alamat, dsb.
3. Register:
Banyaknya register yang dapat digunakan 4.Addressing: Mode pengalamatan untuk
operand
FORMAT INSTRUKSI
* Suatu instruksi terdiri dari beberapa
field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu
instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi (Instruction Format).
OPCODE OPERAND REFERENCE OPERAND
REFERENCE JENIS-JENIS OPERAND
* Addresses (akan dibahas pada
addressing modes)
* Numbers : – Integer or fixed point – Floating point – Decimal (BCD)
* Characters : – ASCII – EBCDIC
* Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1
JENIS INSTRUKSI
* Data processing: Arithmetic dan Logic
Instructions
* Data storage: Memory instructions
* Data Movement: I/O instructions
* Control: Test and branch instructions
TRANSFER DATA
* Menetapkan lokasi operand sumber dan
operand tujuan.
* Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas
daripada 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 :
1. Menetapkan alamat memori.
2. Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.
3. Mengawali pembacaan / penulisan memori
Operasi set instruksi untuk transfer
data :
* MOVE : memindahkan word atau blok dari sumber ke tujuan
* STORE : memindahkan word dari prosesor ke memori.
* LOAD : memindahkan word dari memori ke prosesor.
* EXCHANGE : menukar isi sumber ke tujuan.
* CLEAR / RESET : memindahkan word 0 ke tujuan.
* SET : memindahkan word 1 ke tujuan.
* PUSH : memindahkan word dari sumber ke bagian paling atas stack.
* POP : memindahkan word dari bagian paling atas sumber
ARITHMETIC
Tindakan CPU untuk melakukan operasi
arithmetic :
1. Transfer
data sebelum atau sesudah.
2. Melakukan
fungsi dalam ALU.
3. Menset
kode-kode kondisi dan flag.
Operasi set instruksi untuk arithmetic :
1. ADD : penjumlahan 5. ABSOLUTE
2. SUBTRACT : pengurangan 6. NEGATIVE
3. MULTIPLY : perkalian 7. DECREMENT
4. DIVIDE : pembagian 8. INCREMENT
Nomor 5 sampai 8 merupakan instruksi operand tunggal. LOGICAL
* Tindakan CPU sama dengan arithmetic
* Operasi set instruksi untuk operasi logical :
1. AND, OR, NOT, EXOR
2. COMPARE : melakukan perbandingan logika.
3. TEST : menguji kondisi tertentu.
4. SHIFT : operand menggeser ke kiri atau kanan menyebabkan konstanta pada
ujung bit.
5. ROTATE : operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin.
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.
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 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.
CONTROL SYSTEM
* Hanya dapat dieksekusi ketika prosesor
berada dalam keadaan khusus tertentu atau sedang mengeksekusi suatu program
yang berada dalam area khusus, biasanya digunakan dalam sistem operasi. *
Contoh : membaca atau mengubah register kontrol.
JUMLAH ALAMAT (NUMBER OF
ADDRESSES)
* Salah satu cara tradisional untuk menggambarkan
arsitektur prosessor adalah dengan melihat jumlah alamat yang terkandung dalam
setiap instruksinya.
* Jumlah alamat maksimum yang mungkin diperlukan dalam sebuah instruksi :
1. Empat Alamat ( dua operand, satu hasil, satu untuk alamat instruksi berikutnya)
2. Tiga Alamat (dua operand, satu hasil)
3. Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi operand)
4. Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya)
Macam-macam instruksi menurut jumlah
operasi yang dispesifikasikan
1. O – Address Instruction
2. 1 – Addreess Instruction.
3. N – Address Instruction
4. M + N – Address Instruction
Macam-macam instruksi menurut sifat
akses terhadap memori atau register
1. Memori To Register Instruction
2. Memori To Memori Instruction
3. Register To Register Instruction
ADDRESSING MODES
Jenis-jenis addressing modes (Teknik
Pengalamatan) yang paling umum:
* Immediate
* Direct
* Indirect
* Register
* Register Indirect
* Displacement
* Stack
Sumber :
