Set Instruksi

Dua bagian utama Arsitektur Komputer:

-          Instruction-Set Architecture (ISA) / Arsitektur Set Instruksi

ISA meliputi spesifikasi yang menentukan bagaimana programmer bahasa mesin akan berinteraksi dengan komputer. ISA menentukan sifat komputasional komputer.

-          Hardware-System Architecture (HSA) / Arsitektur Sistem Hardware

HSA berkaitan dengan sub sistem hardware utama komputer (CPU, sistem memori dan IO). HSA mencakup desain logis dan organisasi arus data dari subsistem.

Karakteristik dan fungsi set instruksi

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 ).

Defenisi :

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

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 diolah  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).

Jenis-Jenis Operand

• Addresses
• Numbers :

- Integer or fixed point

- Floating point 

- Decimal (BCD)

• Characters :

-      ASCII

-          EBCDIC

• Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1

Jenis Instruksi

                        1.      Data processing: Arithmetic dan  Logic Instructions

                        2.      Data storage: Memory instructions

                        3.      Data Movement: I/O instructions

                        4.      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 :

                                i.            Menetapkan alamat memori.

                              ii.            Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.

                            iii.            Mengawali pembacaan / penulisan memori 

Operasi set instruksi untuk transfer data :

• MOV : 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 :

i.            TRANSLATE : menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasrkan tabel korespodensi.

ii.            CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.

Input / Ouput

• Tindakan CPU untuk melakukan Input /Output :

                                  i.            Apabila  memory mapped I/O maka menentukan alamat memory mapped.

                                ii.            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 :

§     JUMP (cabang) : pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu.

§    JUMP BERSYARAT : menguji persyaratan tertentu danmemuat PC dengan alamat tertentu atau tidak melakukan apa tergantung dari persyaratan.

§      JUMP SUBRUTIN : melompat ke  alamat tertentu.

§      RETURN : mengganti isi PC dan register lainnya yang berasal dari lokasi tertentu.

§      EXECUTE : mengambil operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi

§      SKIP : menambah PC sehingga melompati instruksi berikutnya.

§      SKIP BERSYARAT : melompat atau tidak melakukan apa-apa berdasarkan pada persyaratan

§      HALT : menghentikan eksekusi program.

§    WAIT (HOLD) : melanjutkan eksekusi pada saat persyaratan dipenuhi.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 :

§      Empat Alamat ( dua operand, satu hasil, satu untuk alamat instruksi berikutnya)

§      Tiga Alamat (dua operand, satu hasil)

§      Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi operand)

§      Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya)

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

Mode pengalamatan meliputi  :

1. Direct Addresing

Dalam mode pengalamatan direct addressing, nilai yang akan dipakai diambil langsung dalam alamat memori lain.

2. Indirect Addresing

Mode ini pula satu-satunya cara untuk mengakses 128 byte lebih dari RAM internal pada keluarga 8052.

3. Immediate Addresing

 Mode pengalamatan immediate addressing sangat umum dipakai karena nilai yang akan disimpan dalam memori langsung mengikuti kode operasi dalam memori.

Addressing Mode

Referensi :

http://ocw.gunadarma.ac.id/course/industrial-technology/program-of-electronics-engineering-study-       2013-s1/arsitektur-komputer/arsitektur-set-instruksi 

 http://www.scribd.com/doc/34681874/2-Set-Instruksi

Metode Pengalamatan

          Metode pengalamatan adalah bagaimana cara menunjuk dan mengalamati suatu lokasi memori pada  sebuah alamat di mana operand akan diambil. Mode pengalamatan diterapkan pada set instruksi, di mana pada umumnya instruksi terdiri dari opcode (kode operasi) dan alamat. Setiap mode pengalamatan memberikan fleksibilitas khusus yang sangat penting. Mode pengalamatan ini meliputi direct addressing, indirect addressing, dan immediate addressing.

1. Direct Addresing

Dalam mode pengalamatan direct addressing, nilai yang akan dipakai diambil langsung dalam alamat memori lain. Contohnya: MOV A,30h. Dalam instruksi ini akan dibaca data dari RAM internal dengan alamat 30h dan kemudian disimpan dalam akumulator. Mode pengalamatan ini cukup cepat, meskipun nilai yang didapat tidak langsung seperti immediate, namun cukup cepat karena disimpan dalam RAM internal. Demikian pula akan lebih mudah menggunakan mode ini daripada mode immediate karena nilai yang didapat bisa dari lokasi memori yang mungkin variabel.

Kelebihan dan kekurangan dari Direct Addresing antara lain :

§      Kelebihan

•  Field alamat berisi efektif address sebuah operand

§      Kelemahan

• Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word

2. Indirect Addresing

            Mode pengalamatan indirect addressing sangat berguna karena dapat memberikan fleksibilitas tinggi dalam mengalamati suatu nilai. Mode ini pula satu-satunya cara untuk mengakses 128 byte lebih dari RAM internal pada keluarga 8052. Contoh: MOV A,@R0. Dalam instruksi tersebut, 89C51 akan mengambil nilai yang berada pada alamat memori yang ditunjukkan oleh isi dari R0 dan kemudian masuk ke akumulator. Mode pengalamatan indirect addressing selalu merujuk pada RAM internal dan tidak pernah merujuk pada SFR. Karena itu, menggunakan mode ini untuk mengalamati alamat lebih dari 7Fh hanya digunakan untuk keluarga 8052 yang memiliki 256 byte spasi RAM internal.

Kelebihan dan kekurangan dari Indirect Addresing antara lain :

§      Kelebihan

                  • Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi

§      Kekurangan

            • Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat preoses     operasi

3. Immediate Addresing

            Mode pengalamatan immediate addressing sangat umum dipakai karena nilai yang akan disimpan dalam memori langsung mengikuti kode operasi dalam memori. Dengan kata lain, tidak diperlukan pengambilan nilai dari alamat lain untuk disimpan. Contohnya: MOV A,#20h. Dalam instruksi tersebut, akumulator akan diisi dengan nilai yang langsung mengikutinya, dalam hal ini 20h. Mode ini sangatlah cepat karena nilai yang dipakai langsung tersedia.

Kelebihan dan kekurangan dari Immedieate Addresing antara lain :

§      Kelebihan

     • Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh   operand

                 • Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat

§      Kekurangan

                 • Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field alamat

           Pengenalan pada Register Addressing

     Register adalah merupakan sebagian memori dari mikroprosessor yang dapat diakses dengan kecepatan tinggi. Metode pengalamatan register ini mirip dengan mode pengalamatan langsung. Perbedaannya 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.

 Kelebihan dan kekurangan Register Addressing :

§      Kelebihan pengalamatan register

• 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

      

Register Indirect Addressing

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

      Kelebihanan dan kekurangan pengalamatan register tidak langsung adalah sama dengan pengalamatan tidak langsung. Keterbatasan field alamat  diatasi dengan pengaksesan memori yang tidak langsung sehingga alamat yang dapat di referensi 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.

C. Pengenalan Displacement Addressing dan Stack Addresing

Displacement Addressing adalah menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung. Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit. Field eksplisit bernilai A dan field implisit mengarah pada register.

Ada tiga model displacement : Relative addressing, Base register addressing, Indexing

§      Relative addressing, register yang direferensi secara implisit adalah program counter (PC)

• Alamat efektif relative addresing didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field alamat

      • Relative addressing memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk menyediakan operand-operand berikutnya

§      Base register addresing, 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 adalah 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-program iterative

Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-first-out. Stack merupakan blok lokasi yang terbalik. Butir ditambakan ke puncak stack sehingga setiap saat 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.

Referensi :

http://danang-dancil.blogspot.com/2012/11/instruksi-dan-mode-pengalamatan-pada.html