SET INTRUKSI

SET INSTRUKSI & PENGALAMATAN

KELOMPOK 6:

1.   Achmad Hasyim Bin Smith

2.   Elisa Eka Shinta Pratiwi

3.   Indah Rosyidah

4.   Mohamad Safrial

5.   Muhammad Luthfy

SISTEM INFORMASI

UNIVERSITAS GUNADARMA

2014

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 roda-roda 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), <= (lebih kecil atau sama), == (sama), != (tidak sama).

·         3. Operator Logik
Operator untuk merelasikan operand secara logis seperti && (and), || (or), !(not).

                                                                                                           
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

Representasi Instruksi

• Instruksi komputer direpresentasikan oleh sekumpulan bit. Instruksi dibagi menjadi beberapa field.
• Field-field ini diisi oleh elemen-elemen instruksi yang membawa informasi bagi operasi CPU.
• Layout instruksi dikenal dengan format instruksi.

Format Instruksi

• Kode operasi (op code) direpresentasikan dengan singkatan-singkatan, yang disebut mnemonic.
• Mnemonic mengindikasikan suatu operasi bagi CPU.
• Contoh mnemonic adalah :
• ADD = penambahan
• SUB = substract (pengurangan)
• LOAD = muatkan data ke memori

Contoh representasi operand secara simbolik :

• ADD X, Y artinya tambahkan nilai yang berada pada lokasi Y ke isi register X, dan simpan hasilnya di register X.
• Programmer dapat menuliskan program bahasa mesin dalam bentuk simbolik.
• Setiap op code simbolik memiliki representasi biner yang tetap dan programmer dapat menetapkan lokasi masing-masing operand.

Jenis - Jenis Instruksi

Contoh suatu ekspresi bilangan :

X = X + Y;

X dan Y berkorespondensi dengan lokasi 513 dan 514.

Pernyataan dalam bahasa tingkat tinggi tersebut menginstruksikan komputer untuk melakukan langkah berikut ini :

• Muatkan sebuah register dengan isi lokasi memori 513.
• Tambahkan isi lokasi memori 514 ke register.
• Simpan isi register ke lokasi memori 513.

Korelasi

• Terlihat hubungan antara ekspresi bahasa tingkat tinggi dengan bahasa mesin.
• Dalam bahasa tingkat tinggi, operasi dinyatakan dalam bentuk aljabar singkat menggunakan variabel.
• Dalam bahasa mesin hal tersebut diekspresikan dalam operasi perpindahan antar register.

Jenis-Jenis Instruksi

• Pengolahan data (data processing),
  meliputi operasi-operasi aritmetika dan logika. Operasi aritmetika memiliki kemampuan komputasi untuk pengolahan data numerik. Sedangkan instruksi logika beroperasi terhadap bit-bit word sebagai bit, bukannya sebagai bilangan, sehingga instruksi ini memiliki kemampuan untuk pengolahan data lain.
• Perpindahan data(data movement),
  berisi instruksi perpindahan data antar register maupun modul I/O. Untuk dapat diolah oleh CPU maka diperlukan instruksi-instruksi yang bertugas memindahkan data operand yang diperlukan.
• Penyimpanan data (data storage),
  berisi instruksi-instruksi penyimpanan ke memori. Instruksi penyimpanan sangat penting dalam operasi komputasi, karena data tersebut akan digunakan untuk operasi berikutnya, minimal untuk ditampilkan pada layar harus diadakan penyimpanan walaupun sementara.
• Kontrol aliran program (program flow control),
  berisi instruksi pengontrolan operasi dan pencabangan. Instruksi ini berguna untuk pengontrolan status dan mengoperasikan percabangan ke set instruksi lain.

Jumlah Alamat

• Jumlah register atau alamat yang digunakan dalam operasi CPU tergantung format operasi masing-masing CPU.
• Ada format operasi yang menggunakan 3, 2, 1 dan 0 register.
• Umumnya yang digunakan adalah 2 register dalam suatu operasi. Desain CPU saat ini telah menggunakan 3 alamat dalam suatu operasi, terutama dalam MIPS (Million Instruction per Second).
• Alamat per instruksi yang lebih sedikit akan membuat instruksi lebih sederhana dan pendek, tetapi lebih sulit mengimplementasikan fungsi-fungsi yang kita inginkan.
• Karena instruksi CPU sederhana maka rancangan CPU juga lebih sederhana.
• Jumlah bit dan referensi per instruksi lebih sedikit sehingga fetch dan eksekusi lebih cepat.
• Jumlah instruksi per program biasanya jauh lebih banyak.
• Pada jumlah alamat per instruksi banyak, jumlah bit dan referensi instruksi lebih banyak sehingga waktu eksekusi lebih lama.
• Diperlukan register CPU yang banyak, namun operasi antar register lebih cepat.
• Lebih mudah mengimplementasikan fungsi-fungsi yang kita inginkan.
• Jumlah instruksi per program jauh lebih sedikit.
• Untuk lebih jelas perhatikan contoh instruksi-instruksi dengan jumlah register berbeda untuk menyelesaikan persoalan yang sama.
• Contoh penggunaan set instruksi dengan alamat 1, 2, dan 3 untuk menyelesaikan operasi hitungan.

Y = (A - B) / (C + D * E)

Saya akan mencoba menjelaskan ketiga instruksi di atas.

Untuk instruksi 3 alamat :

• Pertama, A - B lalu disimpan di Y.
• Lalu kita mengalikan D dan E lalu disimpan di register baru yaitu T.
• T tersebut lalu ditambahkan dengan register C dan disimpan di register T.
• Lalu register Y, yaitu hasil dari A - B tadi dibagi dengan register T lalu disimpan di register Y.
• Bisa kita lihat,untuk instruksi 3 alamat, setiap instruksi terdiri dari 3 register.

Instruksi 2 alamat :

• Pertama register A dipindahkan ke Y.
• Register Y dikurangi dengan register B dan disimpan di register Y. A - B sudah didapatkan, simpan di register Y.
• Selanjutnya register D dipindahkan ke register T, lalu register T dikalikan dengan register E dan disimpan di register T. Singkatnya, D*E itu sama dengan T*E dan disimpan di register T, cara ini digunakan karena kita memakain instruksi 2 alamat.
• Lalu register T ditambahkan dengan register C dan disimpan di register T.
• (C + D * E) sudah didapatkan dan disimpan di register T.
• Lalu terakhir register Y yang sudah kita dapatkan tadi dibagi dengan register T dan disimpan di register Y.
• Bisa kita lihat, instruksi 2 alamat memakai 2 instruksi, seperti Y dan A, Y dan B, T dan D, dan seterusnya.

Instruksi 1 alamat :

• Pada istruksi tentu saja kita hanya menggunakan 1 instruksi.
• Pertama LOAD D ke AC (Accumulator).
• Lalu AC dikalikan dengan register E dan disimpan di AC.
• Register AC lalu ditambahkan dengan register C dan disimpan di register AC.
• Simpan register AC ke register Y.
• LOAD lagi register A ke AC.
• Register AC lalu dikurangkan dengan register B dan disimpan di register AC.
• Lalu register AC dibagi dengan regiser Y dan disimpan di register AC.
• Simpan register AC ke register Y.

Spesifikasi instruksi 3 alamat :

• Simbolik : a = b + c.
• Format alamat : hasil, operand 1, operand 2.
• Digunakan dalam arsitektur MIPS.
• Memerlukan word panjang dalam suatu instruksi.

Spesifikasi instruksi 2 alamat :

• Simbolik : a = a + b.
• Satu alamat diisi operand terlebih dahulu kemudian digunakan untuk menyimpan hasilnya.
• Tidak memerlukan instruksi yang panjang.
• Jumlah instruksi per program akan lebih banyak daripada 3 alamat.
• Diperlukan penyimpanan sementara untuk menyimpan hasil.

Spesifikasi instruksi 1 alamat :

• Memerlukan alamat implisit untuk operasi.
• Menggunakan register akumulator (AC) dan digunakan pada mesin lama.

Spesifikasi instruksi 0 alamat :

• Seluruh alamat yang digunakan implisit.
• Digunakan pada organisasi memori, terutama operasi stack.

Rancangan Set Instruksi

• Aspek paling menarik dalam arsitektur komputer adalah perancangan set instruksi, karena rancangan ini berpengaruh banyak pada aspek lainnya.
• Set instruksi menentukan banyak fungsi yang harus dilakukan CPU.
• Set instruksi merupakan alat bagi para pemrogram untuk mengontrol kerja CPU.
• Pertimbangan : Kebutuhan pemrogram menjadi bahan pertimbangan dalam merancang set instruksi.

Masalah rancangan yang fundamental meliputi :

• Operation repertoire :
• Berapa banyak dan operasi-operasi apa yang harus tersedia.
• Sekompleks apakah operasi itu seharusnya.
• Data types :
• Jenis data.
• Format data.
• Instruction format :
• Panjang instruksi.
• Jumlah alamat.
• Ukuran field.
• Registers :
• Jumlah register CPU yang dapat direferensikan oleh instruksi, dan fungsinya.

• Addressing :
• Mode untuk menspesifikasi alamat suatu operand.

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
• Aritmetika. - Input/Output
• Logika. - Kontrol sistem dan transfer kontrol

Representasi Instruksi

• Instruksi komputer direpresentasikan oleh sekumpulan bit. Instruksi dibagi menjadi beberapa field.
• Field-field ini diisi oleh elemen-elemen instruksi yang membawa informasi bagi operasi CPU.
• Layout instruksi dikenal dengan format instruksi.

Rancangan Set Instruksi

• Aspek paling menarik dalam arsitektur komputer adalah perancangan set instruksi, karena rancangan ini berpengaruh banyak pada aspek lainnya.
• Set instruksi menentukan banyak fungsi yang harus dilakukan CPU.
• Set instruksi merupakan alat bagi para pemrogram untuk mengontrol kerja CPU.
• Pertimbangan : Kebutuhan pemrogram menjadi bahan pertimbangan dalam merancang set instruksi.

Masalah rancangan yang fundamental meliputi :

• Operation repertoire :
• Berapa banyak dan operasi-operasi apa yang harus tersedia.
• Sekompleks apakah operasi itu seharusnya.
• Data types :
• Jenis data.
• Format data.
• Instruction format :
• Panjang instruksi.
• Jumlah alamat.
• Ukuran field.
• Registers :
• Jumlah register CPU yang dapat direferensikan oleh instruksi, dan fungsinya.

• Addressing :
• Mode untuk menspesifikasi alamat suatu operand.

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, 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

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  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 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.

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 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 register

Dengan demikian, referensi-referensi  ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya merupakan pengalamatan register tidak langsung

Kesimpulan

·         Dapat ditarik kesimpulan bahwa instruksi-instruksi mesin harus mampu  mengolah data sebagai implementasi keinginan-keinginan kita

·         Terdapat kumpulan unit set instruksi yang dapat digolongkan dalam jenis-jenisnya, yaitu :

1.      Pengolahan data (data processing)

Meliputi operasi-operasi aritmatika dan logika, operasi aritmatika memiliki kemapuna komputasi untuk pengolahan data numrik, sedangkan instruksi logika beroperasi terhadap bit-bit, bukannya sebagi bilangan, sehingga insrtuksi ini memiliki kemampuan untuk pengolahan data lain.

2.      Perpindahan data ( data movement)

Berisi instruksi perpindahan data antar register maupun modul I/O.untuk dapat diolah oleh CPU maka diperlukan operasi-operasi yang bertugas memindahkan data operand yang diperlukan.

3.      Penyimpanan data ( data storage)

Berisi instruksi-instruksi penyimpanan ke memori, instruksi penyimpanan sangat penting dalam operasi komputasi, karena data tersebut akan digunakan untuk operasi berikutnya, minimal untuk ditampilkan pada layar harus diadakanpenyimpanan walaupun sementara

4.      Control aliran program ( program flow control)

Berisi instruksi pengontrolan operasi dan pencabangan, instruksi ini berguna untuk pengontrolan status dan mengoperasikan pencabangan ke set instruksi lain.

sumber:

http://adi-lecture.blogspot.com/2013/02/set-instruksi-dan-pengalamatan.html
http://efendi2612.files.wordpress.com/2010/11/mode-pengalamatan.ppt
http://eprints.undip.ac.id/22782/1/Pert10.pdf