BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG MASALAH
ISA
merupakan sebuah spesifikasi dari Pullman semua kode-kode biner (opcode) yang
diimplementasikan dalam bentuk aslinya (native form) dalam sebuah
desain prosesortertentu.
Kumpulan opcode tersebut, umumnya disebut sebagai bahasa
mesin (machine language) untuk ISA yang bersangkutan. ISA yang
populer digunakan adalah set instruksi untuk chip Intel x86, IA-64, IBM PowerPC, Motorola 68000, Sun SPARC, DEC Alpha,
dan lain-lain.
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 mikroarsitekturberbeda 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/400dari arsitektur
mikroprosesor CISC ke
arsitektur mikroprosesor POWER tanpa harus menulis
1.2.
PEMBATASAN MASALAH
Karena
cakupan dari
set intruksi yang begitu luas dan meliputi berbagai aspek atau bidang yang
beragam , maka kami hanya membataskan makalah ini dari segi yang formal saja,
tidak meluputi semua aspek-aspek yang ada.
1.3.
RUMUSAN MASALAH
·
Jelaskan apa yang dimaksud set intruksi!
·
Jelaskan elemen-elemen dari set intruksi!
·
Jelaskan simbol, jenis, & format set
intruksi!
·
Jelaskan teknik pengalamatannya!
·
Berilah contoh / bentuk intruksinya!
1.4.
TUJUAN PENULISAN
·
Mengetahui apa itu yang dimaksud set
intruksi..
·
Mengetahui simbol-simbol dari set intruksi.
·
Mengetahui elemen ,jenis, format dari set
intruksi.
·
Mengetahui teknik atau cara pengalamatan dari
set intruksi.
·
Mengetahui contoh dari set intruksi tersebut
dalam bentuk aritmatikanya.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. 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.
2.2. 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.
2.3. BEBERAPA SIMBOLIK INTRUKSI:
|
ADD :
Add (jumlahkan)
|
|
SUB :
Subtract (Kurangkan)
|
|
MPY/MUL : Multiply (Kalikan)
|
|
DIV :
Divide (Bagi)
|
|
LOAD :
Load data dari register/memory
|
|
STOR :
Menyimpan data ke register/memory
|
|
MOVE :
Memindahkan data dari satu tempat ke tempat lain
|
|
SHR :
Shift kanan data
|
|
SHL :
Shift kiri data .dan lain-lain
|
2.4. JENIS INTRUKSI
1. Data Processing : Aritmetik (ADD, SUB, dsb) & Logic
Instructions (AND, OR, NOT, SHR, dsb)
2. Data Storage (Memory) : Transfer data (STOR, LOAD, MOVE, dsb)
3. Data Movement : Input dan Output ke modul I/O
4. Program Flow Control : Test and
branch instructions (JUMP, HALT,
dsb).
2.5. 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
2.6. 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).
2.7. 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
2.8. 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
2.9. 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
2.10. 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.
2.11. 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.
2.12. 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.
2.13. 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.
2.14. 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
2.15. ADDRESSING
MODES
Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalamatan) yang paling umum:
* Immediate
* Direct
* Indirect
* Register
* Register Indirect
* Displacement
* Stack
2.16. TEKNIK
PENGALAMATAN
Untuk menyimpan data ke dalam memori komputer, tentu memori tersebut diberi
identitas (yang disebut dengan alamat/ address) agar ketika data tersebut
diperlukan kembali, komputer bisa mendapatkannya sesuai dengan data yang pernah
diletakkan di sana.
Teknik pengalamatan ini hampir sudah tidak diperlukan lagi oleh pemakai
komputer saat ini karena hampir seluruh software yang beredar di pasaran tidak
mengharuskan si pemakai menentukan di alamat mana datanya akan disimpan (semua
sudah otomatis dilakukan oleh si software).
Jadi, yang kita pelajari adalah bagaimana kira-kira si software tersebut
melakukan teknik pengalamatannya, sehingga data yang sudah kita berikan dapat
disimpan di alamat memori tertentu dan dapat diambil kembali dengan tepat.
Ada tiga teknik dasar untuk pengalamatan, yakni
1.
Pemetaan Langsung
Teknik ini dapat dijuluki dengan device dependent (tergantung pada
peralatan rekamnya), artinya, kita tidak dapat begitu saja meng-copy data
berkas ini ke komputer lainnya, karena mungkin saja di komputer lainnya itu
menggunakan alat rekam yang berbeda spesifikasinya.
Teknik ini juga dapat dijuluki dengan address space dependent (tergantung
pada alamat-alamat yang masih kosong), artinya, kita tidak dapat begitu saja
meng-copy data berkas ini ke komputer lainnya, karena mungkin saja di komputer
lainnya itu alamat-alamat yang dibutuhkan sudah tidak tersedia lagi.
2.
Teknik Pencarian Tabel
Teknik ini dilakukan dengan cara, mengambil seluruh kunci atribut dan
alamat memori yang ada dan dimasukkan ke dalam tabel tersendiri. Jadi tabel itu
(misal disebut dengan tabel INDEX) hanya berisi kunci atribut (misalkan NIM)
yang telah disorting (diurut) dan alamat memorinya.
Pencarian yang dilakukan di tabel INDEX akan lebih cepat dilakukan dengan
teknik pencarian melalui binary search (dibagi dua-dua, ada di mata kuliah
Struktur dan Organisasi Data 2 kelak) ketimbang dilakukan secara sequential.
Nilai key field (kunci atribut) bersifat address space independent (tidak
terpengaruh terhadap perubahan organisasi file-nya), yang berubah hanyalah
alamat yang ada di INDEX-nya.
3.
Teknik Kalkulasi Alamat
Perhitungan (kalkulasi) terhadap nilai kunci atribut untuk mendapatkan
nilai suatu alamat disebut dengan fungsi hash.
Bisa juga fungsi hash digabungkan dengan teknik pencarian seperti tabel di
atas, tetapi akan menjadi lebih lama pengerjaannya dibanding hanya dengan satu
jenis saja (fungsi hash saja atau pencarian tabel saja).
2.17. Bentuk
instruksi:
- Format
instruksi 3 alamat
Mempunyai
bentuk umum seperti : [OPCODE][AH],[AO1],[AO2]. Terdiri dari satu alamat 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
