Arsitektur Set Instruksi, Teknik Pengalamatan, Design Set Instruksi

Selasa, 31 Oktober 2017

A. Set Instruksi

Set Instruksi didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram, atau dengan kata lain Kumpulan dari instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan oleh CPU disebut set Instruksi (Instruction Set). Operasi dari CPU ditentukan oleh instruksi-instruksi yang dilaksanakan atau dijalankannya. Set instruksi didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur computer yang dapat dilihat oleh para pemrogram.

Dua bagian utama arsitektur komputer:

1. Instruction set architecture (ISA) / arsitektur set instruksi ISA meliputi spesifikasi yang menentukan bagaimana programmer bahasa mesin akan berinteraksi oleh computer. ISA menentukan sifat komputasional computer.

2. Hardware system architecture (HSA) / arsitektur system hardware

HAS berkaitan dengan subsistem hardware utama computer (CPU, system memori dan IO). HSA mencakup desain logis dan organisasi arus data dari subsistem.

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.

Ada 2 jenis klasifikasi set instruksi yang utama yaitu :

1. CISC (Complex Instruction Set of Computing)

2. RISC (Reduced Instruction Set of Computing)

Perbandingan set instruksi CISC dan RISC antara lain :

1. CISC (Complex Instruction Set of Computing)

CISC (Complex Instruction Set of Computing) adalah desain prosesor dimana instruksi tunggal dapat menjalankan beberapa operasi tingkat rendah (seperti beban dari memori, operasi aritmatika, dan penyimpanan memori) atau mampu menjalankan operasi multi-langkah atau mode pengalamatan dalam instruksi tunggal. Istilah ini surut diciptakan berbeda dengan Reduced Instruction Set of Computing (RISC) dan karena itu telah menjadi sesuatu dari istilah umum untuk segala sesuatu yang bukan RISC, dari komputer mainframe yang besar dan kompleks untuk mikrokontroler sederhana di mana beban memori dan operasional penyimpanan tidak lepas dari instruksi aritmatika.

2. RISC(Reduced Instruction Set of Computing)

RISC (Reduced Instruction Set of Computing) adalah strategi desain CPU berdasarkan ide bahwa set instruksi yang disederhanakan memberikan kinerja yang lebih tinggi bila dikombinasikan dengan arsitektur mikroprosesor mampu melaksanakan instruksi tersebut menggunakan siklus mikroprosesor yang lebih sedikit per instruksi. Sebuah komputer berdasarkan strategi ini adalah set instruksi komputer berkurang, juga disebut RISC. Arsitektur menentang disebut kompleks set instruksi komputasi (CISC).

Karakteristik dan Fungsi Set Instruksi

B. 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 instruction).

• Kumpulan dari instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan oleh CPU disebut set instruksi (instruction set)

C. Jenis-jenis Instruksi

1. Data Processing / Pengolahan Data : instruksi-instruksi aritmetika dan logika. Instruksi aritmetika memiliki kemampuan untuk mengolahdata numeric, sedangkan instruksi logika beroperasi pada bit-bit word sebagai bit bukan sebagai bilangan. Operasi-operasi tersebut dilakukan terutama untuk data di register CPU.

2. Data Storage / Penyimpanan Data : instruksi-instruksi memori. Instruksi-instruksi memori diperlukan untuk memindah data yang terdapat di memori dan register.

3. Data Movement / Perpindahan Data : instruksi I/O. Instruksi-instruksi I/O diperlukan untuk memindahkan program dan data ke dalam memori dan mengembalikan hasil komputansi kepada pengguna.

4. Control / Kontrol : instruksi pemeriksaan dan percabangan. Instruksi-instruksi kontrol digunakan untuk memeriksa nilai data, status komputansi dan mencabangkan ke set instruksi lain.

Instruksi aritmetika memiliki kemampuan untuk mengolah data numeric. Sedangkan instruksi logika beroperasi pada bit-bit word sebagai bit, bukan sebagai bilangan. Operasi-operasi tersebut dilakukan teutama untuk data di register CPU. Instruksi-instruksi memori diperlukan untuk memindah data yang terdapat di memori dan register. Instruksi-instruksi I/O diperlukan untuk memindahkan program dan data kedalam memori dan mengembalikan hasil komputasi kepada pengguna.

D. Elemen - Elemen Dari Set Instruksi

a. Operation Code (opcode) adalah menentukan operasi yang akan dilaksanakan.

b. Source Operand Reference adalah input bagi operasi yang akan dilaksanakan.

c. Result Operand Reference adalah hasil dari operasi yang dilaksanakan.

d. Next Instruction Reference adalah memberitahukan CPU untuk mengambil instruksi berikutnya setelah instruksi yang dijalankan selesai.

E. Teknik Pengalamatan

1. Immediate Addressing

Immediate Addressing (Pengalamatan Segera) Adalah bentuk pengalamatan yang paling sederhana.

Penjelasan :

· 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.

2. Direct Addressing

· 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.

3. Indirect Addressing

· Merupakan mode pengalamatan tak langsung.

· Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilirannya akan berisi alamatoperand 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.

4. Register addressing

Penjelasan :

· 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.

5. 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.

· 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.

6. Displacement addressing

Penjelasan :

· Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung.

· Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buahfield 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

o Merupakan kebalikan dari mode base register.

o Field alamat dianggap sebagai alamat memori dalam indexing.

o Manfaat penting dari indexing adalah untuk eksekusi program-program iteratif.

Contoh :

Field eksplisit bernilai A dan field implisit mengarah pada register