Bahan Tugas Set Inruski [PDF]

Citation preview

SET INSTRUKSI Posted on Oktober 30, 2013 by ekofitriyanto 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, alamatalamatnya) 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. 2. 3. 4.



Operation code (op code) Source operand reference Result operand reference 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, dsb); konversidata



SHR,



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 : http://imahmaulana.blogspot.com/2012/11/set-instruksi-dan-pengalamatan.html http://kecoa-coklat.blogspot.com/2012/11/set-instruksi_6354.html http://jovanangga.blogspot.com/2012/11/set-instruksi-dan-teknik-pengalamatan.html



Set Instruksi dalam Organisasi dan Arsitektur Komputer 1. Karakteristik Instruksi Mesin Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia, Karakteristik adalah ciri-ciri khusus atau mempunyai sifat khas sesuai dengan perwatakan tertentu. Instruksi adalah perintah atau arahan (untuk melakukan suatu pekerjaan atau melaksanakan suatu tugas). Mesin adalah perkakas untuk menggerakkan, atau membuat sesuatu yang dijalankan dengan roda-roda dan digerakkan oleh tenaga manusia atau motor penggerak yang menggunakan bahan bakar minyak atau tenaga alam. Jadi, karakteristik-karakteristik instruksi mesin adalah ciri-ciri khusus atau sifat khas yang dimiliki oleh instruksi-instruksi atau kode operasi dalam pemrograman komputer.. Operasi CPU ditentukan oleh instruksi-instruksi yang dieksekusinya. Instruksi-instruksi ini dikenal sebagai intruksi mesin atau instruksi computer. Set fungsi dari instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat di eksekusi oleh CPU dikenal sebagai set instruksi CPU. A. Elemen-elemen Instuksi Mesin Setiap instruksi harus terdiri dari informasi yang diperlukan oleh CPU untuk dieksekusi. Gambar langkah-langkah yang terdapat dalam eksekusi instruksi dan bentuk elemen-elemen instruksi mesin, adalah sebagai berikut : • Kode Operasi : menentukan operasi-operasi yang akan dilakukan (misalnya: ADD,I/O). Operasi itu dispesifilan oleh sebuah kode biner, dikenal sebagai kode operasi. • Acuan Operand Sumber : Operasi dapat melibatkan satu atau lebih operand sumber, dengan kata lain, operand adalah input bagi operasi. • Acuan Operand Hasil: Operasi dapat menghasilkan sebuah hasil. • Acuan Instruksi Berikutnya: Elemen ini memberitahukan CPU posisi instruksi berikutnya yang harus diambil setelah menyelesaikan eksekusi suatu instruksi. Instuksi berikutnya yang akan diambil berada di memori utama atau pada system memori virtual, akan berada baik di dalam memori utama atau memori sekunder. Umumnya, instruksi yang akan segera diambil selanjutnya, berada setelah instruksi saat itu. Ketika acuan eksplisit dibutuhkan, maka alamat memori utama atau alamat memori virtual harus disiapkan. Operand sumber dan hasil dapat berada di salah satu dari ketiga daerah berikut ini:



• Memori Utama atau Memori Virtual: Dengan adanya acuan instruksi berikutnya, maka alamat memori utama atau memori virtual harus diketahui. • Register CPU: Dengan suatu pengecualian yang jarang terjadi, CPU terdiri dari sebuah register atau lebih yang dapat diacu oleh instruksi-instruksi mesin. Bila hanya terdapat sebuah register saja, maka acuan ke instruksi tersebut dapat berbentuk implicit. Sedangkan jika terdapat lebih dari satu register, maka setiap register diberi nomor yang unik, dan instruksi harus terdiri dari nomor register yang dimaksud. • Perangkat I/O: Instruksi harus menspesifikan modul I/O dan perangkat yang diperlukan oleh operasi. Jika digunakan I/O memori terpetakan, maka perangkat ini merupakan memori utama atau memori virtual. B. Representasi Instruksi Di dalam computer, instruksi dipresentasikan oleh sehimpunan bit. Himpunan bit ini dibagi menjadi beberapa bidang, dengan bidang-bidang ini berkaitan dengan elemen-elemen yang akan memuat instruksi. Layout instruksi ini dikenal sebagai bentuk instruksi. Contoh yang sederhana ditunjukkan pada gambar. Pada sebagian besar set instruksi, dapat digunakan lebih dari satu bentuk. Selama berlangsungnya eksekusi instruksi, instruksi dibaca ke dalam register instruksi yang terdapat dalam CPU. Untuk melakukan operasi yang diperlukan, CPU harus dapat mengeluarkan data dari berbagai bidang instruksi. Opcode direpresentasikan dengan singkatansingkatan, yang disebut mnemorik, yang mengindikasikan operasi, contohnya adalah: ADD Add (Menambahkan) SUB Substract (Pengurangan) MPY Multiply (Perkalian) DIV Divide (Pembagian0 LOAD Muatkan data data dari memori STOR Simpan data ke memori Operand-operand juga direpresentasikan secara simbolik. Misalnya instruksi ADD R,Y Berarti tambahkan niali yang terdapat pada lokasi Y ke isi register R. Dalam contoh ini, Y berkaitan dengan alamat lokasi di dalam memori, dan R berkaitan dengan register tertentu. Perlu dicatat bahwa operasi dilakukan terhadap isi alamat, bukan terhadap alamatnya. Sehingga adalah mungkin untuk menuliskan program bahasa mesin dalam bentuk simbolik. Setiap opcode simbolik memiliki representasi biner yang tetap, dan



pemrograman dapat menetapkan masing-masing operand simbolik. Misalnya, pemrograman dapat memulainya dengan definisi-definisi: X=523 Y=514 dan seterusnya. Sebuah program yang sederhana akan menerima input simbol ini, kemudian mengkonversiakn opcode dan acuan operand menjadi bentuk biner, dan akhirnya membentuk instruksi mesin biner. C. Jenis-Jenis Instruksi Sebuah instuksi yang dapat diekspresikan dalam bahasa BASIC atau FORTRAN. X = X+Y Pernyataan ini menginstruksiakna komputer untuk menambahkan nilai yang tersimpan di Y ke nilai yang tersimpan di X dan menyimpan hasilnya di X. Variabel X dan Y berkorespondensi dengan lokasi 513 dan 514. Jika kita mengasumsikan set instruksi mesin yang sederhana, maka operasi ini dapat dilakukan dengan tiga buah instruksi: 1. Muatkan sebuah register dengan isi lokasi memori 513 2. Tambahkan isi lokasi memori ke register 3. Simpan isi register di lokasi memori 513 Suatu komputer harus memiliki set instruksi yang memungkinkan pengguna untuk memformulasikan pengolahan data atau dengan memperhatikan kemampuan pemrograman bahasa tingkat tinggi. Agar dapat dieksekusi, setiap program yang ditulis dalam bahasa program tingkat tinggi harus diterjemahkan ke dalam bahasa mesin. Jadi, set instruksi mesin harus dapat mengekspresikan setiap instruksi bahas atingkat tinggi. Adapun Jenis-jenis instrusi sebagai berikut: - Pengolahan Data : Instrusi-instruksi aritmatika dan logika - Penyimpanan Data : Instriksi-instruksi memori - Perpindahan Data : Instruksi I/O - Kontrol : Instruksi pemeriksaan dan percabangan D. Jumlah Alamat Salah satu cara tradisional dalam menjelaskan arsitektur prosesor adalah dengan memakai jumlah alamat yang terdapat pada masing-masing instruksi. Instruksi aritmatika dan logika memerlukan operand yang berjumlah banyak. Secara virtual, seluruh operasi eritmatika dan logika merupakan uner/unary (satu operand) atau biner (dua operand). Dengan demikian, memerlukan maksimum dua alamat untuk acuan operand. Hasil sebuah operasi akan memerlukan alamat ketiga.



Dengan demikian, instruksi perlu memiliki empat buah acuan alamat: dua buah operand, sebuah hasil operasi, dan sebuah alamat instruksi berikutnya. Sebagian besar CPU merupakan variasi satu, dua, atau tiga alamat dengan alamat instruksi berikutnya merupakan implisit (diperoleh dari pencacah program). Format tiga alamat tidak umum digunakan, karena instruksi-instruksi tersebut memerlukan bentuk instruksi yang lebih relatif lebih panjang untuk menampung acuan-acuan tiga alamat. Sedangkan bentuk dua alamat mengurangi kebuatuahan ruang akan tetapi menimbulkan kesulitan. Instruksi yang lebih sederhana adalah instruksi satu alamat. Agar alamat ini dapat berfungsi, alamat perlu diimplisitkan. E. Rancangan Set Intruksi Salah satu hal yang paling menarik tentang rancangan komputer adalah rancangan set instruksi. Karena rancangan ini mempengaruhi banak aspek sistem komputer, maka rancangan set instruksi sangat kompleks. Set instruksi menentukan banyak fungsi yang akan dilakukan oleh CPU dan karena itu memiliki efek yang sangat menentukan implementasi CPU. Set instruksi merupakan alat bagi pemrogram untuk mengontrol CPU. Dengan demikian, kebutuhan-kebutuhan pemrogram harus menjadi bahan pertimbangan dalam merancang set instruksi. Masalah rancangan fundamental yang paling signifikan meliputi: 1. Repertori Operasi: Berapa banyak dan opersai-operasi apa yang harus disediakan, dan sekompleks apakah operasi itu seharusnya. 2. Jenis data : berbagai jenis data pada saat operasi dijalankan 3. Bentuk instruksi : Panjang instruksi (dalam bit), jumlah alamat, ukuran bidang, dan sebagainya. 4. Register : Jumlah register CPU yang dapat diacu oleh instruksi, dan fungsinya. 5. Pengalamatan: Mode untuk menspesifikasikan alamat suatu operand. Masalah-masalah ini saling berkaitan dan harus diperhatikan dalam merancang set instruksi. 2. Tipe – Tipe Operand Operand adalah sebuah objek yang ada pada operasi matematika yang dapat digunakan untuk melakukan operasi. Operand atau operator dalam bahasa C berbentuk simbol bukan berbentuk keyword atau kata yang biasa ada di bahasa pemrograman lain. Simbol yang digunakan bukan karakter yang ada dalam abjad tapi ada pada keyboard kita seperti =,,* dan sebagainya. Tipe-tipe operand diantaranya : 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 Jenis-jenis operator adalah sebagai berikut : 1. Operator Aritmetika Operator untuk melakukan fungsi aritmetika seperti : +(penjumlahan), – (mengurangkan), * (mengalikan), / (membagi). 2. Operator relational Operator untuk menyatakan relasi atau perbandingan antara dua operand, seperti > (lebih besr), =(lebih besar atau sama), bahasa assembly. Di dalam intruksi – intruksi terdiri dari operand dan operator yang nantinyaakan melakukan sebuah operasi di dalam komputer. Operasi – operasi yangberjalan di dalam CPU ditentukan oleh instruksi-instruksi yang dieksekusinya. Di dalam set instruksi ada elemen-elemen yang akan digunakan untukdieksekusi. Namun intruksi yang dilakukan harus direpresentasikan olehsehimpunan bit agar dapat dimengerti oleh manusia / programmer. Intruksidapat berupa 3 alamat – 0 alamat. 7. Daftar Pustaka http://ekofitriyanto.wordpress.com/2013/10/30/177/ http://kikireisyah.wordpress.com/tipe-tipe-operand-dan-operasi/ http://harnowicaksono.blogspot.com/2013/11/karakteristik-instruksi-mesin.html http://gudang-tugasku.blogspot.com/2014/03/set-instruksi-pada-sistemkomputer.html http://zilan7green.blogspot.com/2013/02/makalah-arsitektur-komputermode.ht\ml http://www.farhanarrahman.blogspot.com/2014/11/set-instruksi-dalam-organisasidan.html



MODE DAN FORMAT SET INSTRUKSI



MAKALAH TENTANG MODE DAN FORMAT SET INSTRUKSI Disusun Oleh : Rizkya Reza P XI TJA 1 33



TELKOM SCHOOLS SMK TELKOM PURWOKERTO



Pembahasan Umum A. Dasar Teori Set intruksi berupa jenis intruksi teknik pengalamatan, system bust, CPU dan I/O Set Intruksi Mode & Format Pengalamatan set instruksi materi OR-AR computer 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). Kumpulan dari instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan oleh CPU disebut set Instruksi (Instruction Set). Karakteristik Dan Fungsi Set Instruksi : a.



Instruksi ini sering disebut sebagai instruksi mesin (mechine instructions) atau instruksi komputer (computer instructions). b. Operasi dari CPU ditentukan oleh instruksi-instruksi yang dilaksanakan atau dijalankannya c. Kumpulan dari instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan oleh CPU disebut set Instruksi (Instruction Set).



B. a) b) c) d)



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:



a) CPU Register b) Main or Virtual Memory c) I/O Device. C. Desain Set Instruksi Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah: a)



Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)



b) Kelengapan set intruksi c) Kompatibilitas :



- Source code compatibility - Object code Compatibility. Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut: a) Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya b) Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dsb. c) Register: Banyaknya register yang dapat digunakan 4.Addressing: Mode pengalamatan untuk operand. D. 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 JENIS-JENIS OPERAND a) b) c) d)



Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1 Numbers : - Integer or fixed point - Floating point - Decimal (BCD). Characters : - ASCII - EBCDIC . Addresses (akan dibahas pada addressing modes). E. JENIS INSTRUKSI



a) b) c) d)



Data Movement: I/O instructions. Data processing: Arithmetic dan Logic Instructions. Data storage: Memory instructions. Control: Test and branch instructions. F. TRANSFER DATA Fungsi / kegunaan dari transfer data adalah :



a) b) c) d)



Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack. Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan. 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 : a) b) c) d) e) f) g) h)



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.



G. ARITHMETIC Tindakan CPU untuk melakukan operasi arithmetic : a) Menset kode-kode kondisi dan flag. b) Transfer data sebelum atau sesudah. c) Melakukan fungsi dalam ALU. Operasi set instruksi untuk arithmetic : I. ADD : penjumlahan II. SUBTRACT : pengurangan. III. MULTIPLY : perkalian. IV. DIVIDE : pembagian V. ABSOLUTE VI. NEGATIVE VII. DECREMENT VIII. INCREMENT Keterangan: Nomor V sampai VIII merupakan instruksi operand tunggal. LOGICAL.



Tindakan CPU untuk melakukan operasi arithmetic: 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 operasi logical : a) b) c) d) e)



AND, OR, NOT, EXOR COMPARE : melakukan perbandingan logika. TEST : menguji kondisi tertentu. SHIFT : operand menggeser ke kiri atau kanan menyebabkan konstanta pada ujung bit. ROTATE : operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin. H. CONVERSI



1) Tindakan CPU untuk melakukan operasi conversi : 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) Instruksi yang mengubah format instruksi yang beroperasi terhadap format data. Misalnya pengubahan bilangan desimal menjadi bilangan biner. 3) Operasi set instruksi untuk conversi : a) TRANSLATE : menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasrkan tabel korespodensi. b) CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya. I. INPUT / OUPUT 1) Tindakan CPU untuk melakukan INPUT /OUTPUT : a) Apabila memory mapped I/O maka menentukan alamat memory mapped. b) Mengawali perintah ke modul I/O 2) a) b) c) d) 3)



Operasi set instruksi Input / Ouput : INPUT : memindahkan data dari pernagkat I/O tertentu ke tujuan. OUTPUT : memindahkan data dari sumber tertentu ke perangkat I/O. START I/O : memindahkan instruksi ke prosesor I/O untuk mengawali operasi I/O. 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.



4) Operasi set instruksi untuk transfer control : a) JUMP (cabang) : pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu. b) JUMP BERSYARAT : menguji persyaratan tertentu dan memuat PC dengan alamat tertentu atau tidak melakukan apa tergantung dari persyaratan. c) JUMP SUBRUTIN : melompat ke alamat tertentu. d) RETURN : mengganti isi PC dan register lainnya yang berasal dari lokasi tertentu. e) EXECUTE : mengambil operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi f) SKIP : menambah PC sehingga melompati instruksi berikutnya. g) SKIP BERSYARAT : melompat atau tidak melakukan apa-apa berdasarkan pada persyaratan h) HALT : menghentikan eksekusi program. i) WAIT (HOLD) : melanjutkan eksekusi pada saat persyaratan dipenuhi j) NO OPERATION : tidak ada operasi yang dilakukan. J. 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.



K. JUMLAH ALAMAT (NUMBER OF ADDRESSES) Salah satu cara tradisional untuk menggambarkan arsitektur prosessor adalah dengan melihat jumlah alamat yang terkandung dalam setiap instruksinya.



1) Macam-macam instruksi menurut sifat akses terhadap memori atau register : a) Memori To Register Instruction. b) Memori To Memori Instruction. c) Register To Register Instruction. 2) Jumlah alamat maksimum yang mungkin diperlukan dalam sebuah instruksi : a) Empat Alamat ( dua operand, satu hasil, satu untuk alamat instruksi berikutnya). b) Tiga Alamat (dua operand, satu hasil). c) Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi operand). d) Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya). 3) a) b) c) d)



Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang dispesifikasikan : O– Address Instruction 1 – Addreess Instruction. N – Address Instruction M + N – Address Instruction.



L. ADDRESSING MODES Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalamatan) yang paling umum: a) b) c) d) e) f) g)



Register Indirect DirectAddressing. IndirectAddressing. RegisterAddressing. ImmediateAddressing.. Displacement. Stack. 1. Immediate Addressing Bentuk pengalamatan ini yang paling sederhana. Operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari instruksi, operand sama dengan field alamat. Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk komplement dua bit paling kiri sebagai bit tanda. Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda digeser ke kiri hingga maksimum word data Contoh: ADD 5 ; tambahkan 5 pada akumulator Keuntungan dan Kekurangan Immediate Addressing a. Keuntungan



i. Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand. ii. Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat b. Kekurangan : i. Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field alamat 2. Direct Addressing a) Kelebihan : i. ii.



Field alamat berisi efektif address sebuah operand Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan



kalkulus khusus b) Kelemahan : i. Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word Contoh:ADD A ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator 3. Indirect Addressing (Mode Pegalamatan tak langsung)  



Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori Pada gilrannya akan berisi alamat operand yang panjang Contoh:ADD (A); tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator. Kelebihan dan Kekurangan Indirect Addressing



a) Kelebihan : Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi. b) Kekurangan : Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat preoses operasi. 4. Register Addressing a) Metode pengalamatan register mirip dengan mode pengalamatan langsung. b) Perbedaannya terletak pada field alamat yang mengacu pada register, bukan pada memori utama. c) Field yang mereferensi register memiliki panjang 3 atau 4 bit, sehingga dapat mereferensi 8 atau 16 register general purpose. Keuntungan dan Kerugian Register Addressing Keuntungan pengalamatan register : a) Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori. b) Akses ke regster lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat. Kerugian : Ruang alamat menjadi terbatas



5. Register Indirect Addressing a)



Metode pengalamatan register tidak langsung mirip dengan mode pengalamatan tidak langsung. b) Perbedaannya adalah field alamat mengacu pada alamat register. c) Letak operand berada pada memori yang dituju oleh isi register Keuntungan dan kekuarangan pengalamatan register tidak langsung a) Kelebihan : Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi. b) Kekurangan : Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat preoses operasi. c) Keterbatasan field alamat diatasi dengan pengaksesan memori yang tidak langsung sehingga alamat yang dapat direferensi makin banyak. d) 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. 6. Displacement Addressing i. Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung. ii. Mode in mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit. iii. Field eksplisit bernilai A dan field implisit mengarah pada register Operand berada pada alamat A ditambahkan isi register. Tiga model displacement : a) Relative addressing. b) Base register addressing. c) Indexing. i. Relative addressing merupakan register yang direferensi secara implisit adalah program counter (PC). a) Alamat efektif didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field alamat. b) Memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk menyediakan operand-operand berikutnya.



a) b)



a) b) c)



ii. 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. iii. Indexing dalah 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.



7.Stack Addressing a) b) c) d)



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 merupakanalamat bagian paling atas stack. e) 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. f) Dengan demikian, referensi-referensi ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya merupakan pengalamatan register tidak langsung. J. MODE PENGALAMATAN DIRECT Mirip dengan mode pengalamatan extended kecuali bahwa upper byte dari alamat operand selalu dianggap



K.MODE PENGALAMATAN IMMEDIATE Dalam mode pengalamatan immediate operand terkandung didalam byte yang langsung mengikuti kode operasi L. MODE PENGALAMATAN INHERENT Dalam mode pengalamatan inherent semua informasi yang dibutuhkan untuk operasi telah diketahui oleh cpu.



M.EXTENDED Alamat dari operand terkandung dalam 2 byteyang mengikuti kode operasi N.INDEXEDED Alamat efektif adalah variable dan tergantung pada 2 faktor isi index register dan nilai offset. O.RELATIFE Digunakan hanya dalam instruksi percabangan P.MODE PENGALAMATAN PENTIUM -mode immediate -mode operand register(operand adalah isi register) -mode displacement



M. 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, bagaimana kira-kira 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 : a) Pemetaan langsung (direct mapping) yang terdiri dari dua cara yakni Pengalamatan Mutlak (absolute addressing) dan Pengalamatan relatif (relative addressing). b) Pencarian Tabel (directory look-up), dan c) Kalkulasi (calculating). M.1.Pemetaan Langsung (Direct Mapping) 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 alamatalamat 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.



M.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 (misalnya disebut dengan tabel INDEX) hanya berisi kunci atribut (misalkan NIM) yang telah disorting (diurutkan) 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.



M.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).



Kesimpulan Set instruksi merupakan eksekusi dari sebuah instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan CPU disebut juga Instruction Set. Operasi dari CPU membaca intruksi dari memori dan ditentukan oleh instruksi-instruksi yang dilaksanakan atau dijalankannya



SET INSTRUKSI DAN PENGALAMATAN



Karakteristik Instruksi Mesin -Karakteristik adalah ciri-ciri khusus atau mempunyai sifat khas sesuai dengan perwatakan tertentu -Instruksi adalah perintah atau arahan (untuk melakukan suatu pekerjaan atau melaksanakan suatu tugas -Mesin adalah perkakas untuk menggerakkan, atau membuat sesuatu yang dijalankan dengan rodaroda dan digerakkan oleh tenaga manusia atau motor penggerak yang menggunakan bahan bakar minyak atau tenaga alam -karakteristik-karakteristik instruksi mesin adalah ciri-ciri khusus atau sifat khas yang dimiliki oleh instruksi-instruksi atau kode operasi dalam pemrograman komputer -Instruksi mesin (machine instruction) yang dieksekusi membentuk suatu operasi dan berbagai macam fungsi CPU. -Kumpulan fungsi yang dapat dieksekusi CPU disebut set instruksi (instruction set) CPU. ·Mempelajari karakteristik instruksi mesin, meliputi : -Elemen-elemen instruksi mesin -Representasi instruksinya -Jenis-jenis instruksi -Penggunaan alamat -Rancangan set instruksi



Elemen Instruksi Mesin



Untuk dapat dieksekusi suatu instruksi harus berisi elemen informasi yang diperlukan CPU secara lengkap dan jelas, antara lain : 1.Operation code (Op code) Menspesifikasi operasi yang akan dilakukan. Kode operasi berbentuk kode biner. 2.Source Operand reference Operasi dapat berasal dari lebih satu sumber. Operand adalah input operasi. 3.Result Operand reference Merupakan hasil atau keluaran operasi 4.Next Instruction reference Elemen ini menginformasikan CPU posisi instruksi berikutnya yang harus diambil dan dieksekusi.



Operand dari Operasi Operand adalah sebuah objek yang ada pada operasi matematika yang dapat digunakan untuk melakukan operasi. Operand atau operator dalam bahasa C berbentuk simbol bukan berbentuk keyword atau kata yang biasa ada di bahasa pemrograman lain. Simbol yang digunakan bukan karakter yang ada dalam abjad tapi ada pada keyboard kita seperti =,,* dan sebagainya. Melihat dari sumbernya, operand suatu operasi dapat berada di salah satu dari ketiga daerah berikut ini : Memori utama atau memori virtual Register CPU Perangkat I/O · Tipe-tipe operand diantaranya : 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 Jenis-jenis operator adalah sebagai berikut : · 1. Operator Aritmetika Operator untuk melakukan fungsi aritmetika seperti : +(penjumlahan), – (mengurangkan), * (mengalikan), / (membagi). · 2. Operator relational Operator untuk menyatakan relasi atau perbandingan antara dua operand, seperti > (lebih besr), =(lebih besar atau sama),