Organisasi
Organisasi
&
&
Arsitektur
Arsitektur
Komputer
Komputer
Set
Set
Instruksi
Instruksi
Pertemuan•
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
).
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
Source
dan
result operands
dapat berupa salah
satu diantara tiga jenis berikut ini
:
1. Main or Virtual Memory
2. CPU Register
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 :
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
3. Instruction Format
: panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
4. Register
: Banyaknya register yang dapat digunakan
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
•
Addresses
(akan dibahas pada addressing modes)
•
Numbers
: - Integer or fixed point
- Floating point
- Decimal (BCD)
•
Characters
: - ASCII
- EBCDIC
Jenis Instruksi
1. Data processing:
Arithmetic dan Logic Instructions
2. Data storage:
Memory instructions
3. Data Movement:
I/O 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.
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.
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
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.
KONVERSI
•
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 konversi :
1. TRANSLATE : menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasrkan tabel korespodensi.
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
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
danmemuatPC 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.
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.
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.
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)
Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi
yang dispesifikasikan
1. O – Address Instruction
2. 1 – Addreess Instruction.
3. N – Address Instruction
Macam-macam instruksi menurut sifat akses
terhadap memori atau register
ADDRESSING MODES
Jenis-jenis addressing modes (Teknik
Pengalama-tan) yang paling umum:
–
Immediate
–
Direct
–
Indirect
–
Register
–
Register Indirect
–
Displacement
Tabel Basic Addressing Modes
Mode Algorithm Principal Advantage Principal Disadvantage
Immediate Operand = A
No memory reference
Limited operand magnitude
Direct EA = A Simple Limited address space
Indirect EA = (A) Large address space Multiple memory references
Register EA = R No memory Reference
Limited address space
Register Indirect
EA = (R) Large address space Extra memory reference
Displace-ment EA=A+(R) flexibility Complexity Stack EA=top of
Stack
No memory Reference
• Membatasi keterbatasan format instruksi
–Dapat mereferensi lokasi memori yang besar
–Mode pengalamatan yang mampu menangani keterbatasan tersebut
• Masing-masing prosessor menggunakan mode pengalamatan yanf berbeda-beda
• Memiliki pertimbangan dalam penggunaannya • Ada beberapa teknik pengalamatan
» Immediate Addressing » Direct Addressing
» Indirect Addressing » Register addressing
» Register indirect addressing » Displacement addressing » Stack 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 kompleent 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
–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
• Kelebihan
– Field alamat berisi efektif address sebuah operand
• Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer ecil
• Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus
• Kelemahan
– Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word
• Contoh:
ADD A ; tambahkan isi pada lokasi
alamat A ke akumulator
• Mode Pegalamatan tak
langsung
–Field alamat mengacu pada alamat word di alamat
memori, yang pada gilrannya akan berisi alamat operand yang panjang
–Contoh:
–ADD (A); tambahkan isi
memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator
• 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
• Metode pengalamatan
register 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
• 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
• 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
• Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung
• Mode in mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit
–Field eksplisit bernilai A dan field implisit mengarah pada register
• Operand berada pada alamat A ditambahkan isi
register
• Tiga model displacement
–Relative addressing
–Base register addressing
–Indexing
• Relative addresing, register yang direferensi secara implisit adalah progra 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 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 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 iteratif
• Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-first-out
• Stack merupakan blok lokasi yang terbalik
– Btir 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
