ARSITEKTUR SET INSTRUKSI

Arsitektur set instruksi

§  Pengertian Set Instruksi

Set instruksi merupakan kumpulan dari berbagai instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan oleh komputer. Instruksi-instruksi yang dilaksanakan akan menentukan operasi komputer . Instruksi ini biasa disebut sebagai instruksi komputer atau instruksi mesin.

ISA kadang-kadang digunakan untuk membedakan kumpulan karakteristik yang disebut di atas dengan mikroarsitektur prosesor, yang merupakan kumpulan teknik desain prosesor untuk mengimplementasikan set instruksi (mencakup microcode, pipeline, sistem cache,manajemen daya, dan lainnya). Komputer-komputer dengan mikroarsitektur berbeda dapat saling berbagi set instruksi yang sama. Sebagai contoh, prosesor Intel Pentium dan prosesor AMD Athlon mengimplementasikan versi yang hampir identik dari set instruksi Intel x86, tetapi jika ditinjau dari desain internalnya, perbedaannya sangat radikal. Konsep ini dapat diperluas untuk ISA-ISA yang unik seperti TIMI yang terdapat dalam IBM System/38 dan IBM IAS/400.

TIMI merupakan sebuah ISA yang diimplementasikan sebagai perangkat lunak level rendah yang berfungsi sebagai mesin virtual. TIMI didesain untuk meningkatkan masa hidup sebuah platform dan aplikasi yang ditulis untuknya, sehingga mengizinkan platform tersebut agar dapat dipindahkan ke perangkat keras yang sama sekali berbeda tanpa harus memodifikasi perangkat lunak (kecuali yang berkaitan dengan TIMI). Hal ini membuat IBM dapat memindahkan platform AS/400 dari arsitektur mikroprosesor CISC ke arsitektur mikroprosesor POWER tanpa harus menulis ulang bagian-bagian dari dalam sistem operasi atau perangkat lunak yang diasosiasikan dengannya.

• Jenis-Jenis Instruksi

1. Data procecessing: Arithmetic dan Logic Instructions

Data processing adalah jenis pemrosesan yang dapat mengubah data menjadi informasi atau pengetahuan.Setelah diolah, data ini biasanya mempunyai nilai yang informative, maka istilah pemrosesan data sering dikatakan sebagai sistem informasi.

2. Data storage: Memory instructions

Sering disebut sebagai memori komputer, merujuk kepada komponen komputer, perangkat komputer, dan media perekaman yang mempertahankan data digital yang digunakan untuk beberapa interval waktu. Dalam penggunaan kontemporer, memori komputer merujuk kepada bentuk media penyimpanan berbahan semikonduktor, yang dikenal dengan sebutan Random Access Memory (RAM).Akan tetapi, istilah “computer storage” sekarang secara umum merujuk kepada media penyimpanan massal seperti halnya hard disk.

3. Data Movement: I/O instructions
Proses data movement ini adalah memindahkan (dapat dikatakan membackup juga) data – data dari database yang berupa data, indeks, grand, schema, dan lain – lain ketempat baru. Data movement terdiri dari 2 bagian besar yaitu: Load & Upload dan Export & Import. Load berfungsi untuk memasukan data / transaksi ke sebuah table. Sedangkan upload berfungsi untuk membuat dari data table ke fisik / file.

4. Control: Test and branch instructions
CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store).Control Unit – CU) adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut.

• Teknik Pengalamatan

A.    Immediate Addressing (Pengalamatan Segera)

– Pengalamatan yang paling sederhana.
– Operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari intsruksi
– Operand sama dengan field alamat
– Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk complement dua
– Bit paling kiri sebagai bit tanda
– Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda digeser ke kiri hingga maksimum word data

Keuntungan :
– Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand
– Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhanakan akan cepat

Kekurangan :
– Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field

Contoh :
– ADD 7 ; tambahkan 7 pada akumulator

B.     Direct Addressing (Pengalamatan Langsung)

– Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer kecil
– Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus

Kelebihan :
– Field alamat berisi efektif address sebuah operand

Kekurangan :
– Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word

Contoh :
– ADD A ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator

C.  Indirect Addressing (Pengalamatan tak langsung)
– Merupakan mode pengalamatan tak langsung
– Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilirannya akan berisi alamat operand yang panjang

Kelebihan :
– Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi

Kekurangan :
– Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat proses operasi

Contoh :
– ADD (A) ; tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator

D.    Register addressing (Pengalamatan Register)

– Metode pengalamatan register mirip dengan mode pengalamatan langsung

– Perbedaanya terletak pada field alamat yang mengacu pada register, bukan pada memori utama

– Field yang mereferensi register memiliki panjang 3 atau 4 bit, sehingga dapat mereferensi 8 atau 16 register general purpose

Keuntungan :
– Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori

– Akses ke register lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat

Kerugian :

– Ruang alamat menjadi terbatas

E.     Register indirect addressing (Pengalamatan tak-langsung register)

Metode pengalamatan register tidak langsung mirip dengan mode pengalamatan tidak langsung
– Perbedaannya adalah field alamat mengacu pada alamat register
– Letak operand berada pada memori yang dituju oleh isi register

– Keuntungan dan keterbatasan pengalamatan register tidak langsung pada dasarnya sama dengan pengalamatan tidak langsung

– 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 daripada mode pengalamatan tidak langsung

F.     Displacement addressing

– Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung
– Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit
– Operand berada pada alamat A ditambahkan isi register
Tiga model displacement
– Relative addressing : register yang direferensi secara implisit adalah Program Counter (PC)
– Alamat efektif didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field alamat
– Memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk menyediakan operand-operand berikutnya
Base register addressing : register yang direferensi berisi sebuah alamat memori dan field alamat berisi perpindahan dari alamat itu
– Referensi register dapat eksplisit maupun implisit
– Memanfaatkan konsep lokalitas memori
Indexing  : field alamat mereferensi alamat memori utama, dan register yang direferensikan berisi pemindahan positif dari alamat tersebut
– Merupakan kebalikan dari mode base register
– Field alamat dianggap sebagai alamat memori dalam indexing
– Manfaat penting dari indexing adalah untuk eksekusi program-pprogram iteratif

Contoh :
– Field eksplisit bernilai A dan field imlisit mengarah pada register

G.    Stack addressing

– Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-firs-out
– Stack merupakan blok lokasi yang terbaik
– Btir ditambahkan ke puncak stack sehingga setiap blok akan terisi secara parsial
– Yang berkaitan dengan stack adalah pointer yang nilainya merupakan alamat bagian paling atas stack
– Dua elemen teratas stack dapat berada di dalam register CPU, yang dalam hal ini stack pointer mereferensi ke elemen ketiga stack
– Stack pointer tetap berada dalam register
– Dengan demikian, referensi-referensi ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya merupakan pengalamatan register tidak langsung

• 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 dan 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 Set 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). Jenis-Jenis Operand antara lain :

1.     Addresses (akan dibahas pada addressing modes)
2.   Numbers : – Integer or fixed point – Floating point – Decimal (BCD)
3.   Characters : – ASCII – EBCDIC
4.   Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1

§   Transfer Data 

                a) Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.

                b) Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack.

                c) Menetapkan panjang data yang dipindahkan.

                d) Menetapkan mode pengalamatan.

                e) Tindakan CPU untuk melakukan Transfer Data adalah  Memindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain.

               Apabila memori dilibatkan :

1.        Menetapkan alamat memori.
2.        Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.
3.        Mengawali pembacaan / penulisan memori

           f) Operasi set instruksi untuk Transfer Data :

1.         MOVE : memindahkan word atau blok dari sumber ke tujuan.
2.         STORE : memindahkan  word dari prosesor ke memori.
3.         LOAD : memindahkan word dari memori ke prosesor.
4.         EXCHANGE : menukar isi sumber ke tujuan.
5.         CLEAR / RESET : memindahkan word 0 ke tujuan.   
6.         SET : memindahkan word 1 ke tujuan.     
7.         PUSH : memindahkan word dari sumber ke bagian paling atas stack.      
8.         POP : memindahkan word dari bagian paling atas sumber Aritmatika dan Logika   

  

Sumber:

      -http://eprints.binadarma.ac.id/883/1/ARSITEK%20KOMPUTER%205.pdf

      -http://adi-lecture.blogspot.co.id/2013/02/set-instruksi-dan-pengalmatan.html

      -https://mazzeko.wordpress.com/2014/11/29/arsitektur-dan-dessain-set-instruksi/

      -https://id.scribd.com/doc/128084677/arsitektur-set-instruksi-pdf

      -http://setia.lecturer.pens.ac.id/Modul/ArKom/Pertemuan%2004.pdf

      -buku organisasi arsitektur komputer edisi 6 william stalings