SET INSTRUKSI
PADA ARSITEKTUR KOMPUTER
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.
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 :
1. Kode Operasi : menentukan operasi-operasi yang akan dilakukan (misalnya: ADD,I/O). Operasi itu dispesifilan oleh sebuah kode biner, dikenal sebagai kode operasi.
2. Acuan Operand Sumber : Operasi dapat melibatkan satu atau lebih operand sumber, dengan kata lain, operand adalah input bagi operasi.
3. Acuan Operand Hasil: Operasi dapat menghasilkan sebuah hasil.
4. 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.
Untuk dapat dieksekusi, suatu instruksi harus berisi elemen informasi yang diperlukan CPU secara lengkap dan jelas.
Elemen instruksi mesin di antaranya adalah :
Operation Code (OP Code)
menspesifikasi operasi yang akan dilakukan Kode Operasi berbentuk Kode Biner.
Source Operand Reference
operasi dapat berasal dari satu sumber. Operand adalah input operasi.
Result Operand Reference
hasil operasi/keluaran operasi.
Next Instruction Reference
menginformasikan CPU ke instruksi berikutnya yang harus diambil dan dieksekusi.
Tipe-tipe Operand
Operand adalah sebua objek yang ada pada operasi matematika yang dapat digunakan untuk melakukan operasi. Operand atau operator dalam bahasa C berbentuk simbol buka berbentuk keyword ataua kata yang biasa ada di bahasa pemograman lain. Simbol yang digunakan bukan karakter yang ada dalam abjad tapi ada pada keybord
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), <= (lebih kecil atau sama), == (sama), != (tidak sama).
3. Operator Logik
Operator untuk merelasikan operand secara logis seperti && (and), || (or), !(not).
Tipe-Tipe Operasi
Dalam perancangan arsitektur komputer, jumlah kode operasi akan sangat berbeda untuk masing-masing komputer, tetapi terdapat kemiripan dalam jenis operasinya.
Jenis operasi komputer
-Transfer data — konversi
1. Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.
2. Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack.
3. Menetapkan panjang data yang dipindahkan.
4. Menetapkan mode pengalamatan.
-Aritmatika — input/output
Tindakan CPU untuk melakukan operasi arithmetic :
1. Transfer data sebelum atau sesudah.
2. Melakukan fungsi dalam ALU.
3. Menset kode-kode kondisi dan flag.
-Logika — kontrol sistem dan transfer kontrol
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.
Pengamatan
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, 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, harga 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 harga 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 harga 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 harga. 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 harga yang berada pada alamat memori yang ditunjukkan oleh isi dari R0 dan kemudian mengisikannya 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 harga yang akan disimpan dalam memori langsung mengikuti kode operasi dalam memori. Dengan kata lain, tidak diperlukan pengambilan harga dari alamat lain untuk disimpan. Contohnya: MOV A,#20h. Dalam instruksi tersebut, akumulator akan diisi dengan harga yang langsung mengikutinya, dalam hal ini 20h. Mode ini sangatlah cepat karena harga yang dipakai langsung tersedia.
Kelebihan dan kekurangan dari Immedieate Addresing antara lain :
- Keuntungan
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
B. Pengenalan pada Register Addressing
Register adalah merupakan sebagian memori dari mikro prosessor 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 :
- Keuntungan pengalamatan register
Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori
Akses ke regster 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 Perbedaanny
a 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 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.
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 progra counter (PC)
Alamat efektif relative addresing didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field alamat
Relativ 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 registerDengan demikian, referensi-referensi ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya merupakan pengalamatan register tidak langsung
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
Ø Addresses (akan dibahas pada addressing modes)
Ø Numbers : — Integer or fixed point
- Floating point
- Decimal (BCD)
Ø Characters : -ASCII
-EBCDIC
Ø Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1
JENIS-JENIS INSTRUKSI
Ø Data processing: Arithmetic dan Logic Instructions
Ø Data storage: Memory instructions
Ø Data Movement: I/O instructions
Ø 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 :
- Menetapkan alamat memori.
- Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.
- 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