Materi 11 : Instruction Sets:Addressing Modes and Formats

Bahrul Ulum

Mata Kuliah Arsitektur Komputer, PTIK

Kamis, 19 November 2015

Belum ada komentar

1. A.   Apakah Instruksi Set ?

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).
Desain sets 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 :
n  Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi (Instruction Format).

1. B.   Elemen-elemen 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.

Catatan :

Source dan result operands dapat berupa salah satu diantara tiga jenis berikut ini:

• Main or Virtual Memory

• CPU Register

• I/O Device

1. C.   Macam-macam Instruksi

-Data processing: Arithmetic dan  Logic Instructions
-Data storage: Memory instructions
-Data Movement: I/O instructions
-Control: Test and branch instructions

Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang dispesifikasikan :

1. O – Address Instruction
2. 1 – Addreess Instruction
3. N – Address Instructio
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

C . Berapa banyak Address   digunakan 

•   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)

1. Tiga Alamat (dua operand, satu hasil)
2. Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi operand
3. Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya)

D. Macam-macam 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

1. E.   Macam-macam operasi

1. Operasi 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 actual 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

1. Operasi Aritmatic :

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
2. SUBTRACT : pengurangan
3.. MULTIPLY : perkalian
4. DIVIDE : pembagian
5.  ABSOLUTE
6. NEGATIVE
7. DECREMENT
8. INCREMENT
Nomor 5 sampai 8 merupakan instruksi operand tunggal.

1. Logical

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.

1. Converse

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.

1. Input/Output.

•   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 :

INPUT : memindahkan data dari pernagkat I/O tertentu ketujuan
OUTPUT : memindahkan data dari sumber tertentu keperangkat 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

1. Operasi transfer control.

•   Tindakan CPU untuk transfer control :

Mengupdate program counter untuk subrutin , call / return.

•   Operasi set instruksi untuk transfer control :

JUMP (cabang) : pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu.
JUMP BERSYARAT : menguji persyaratan tertentu dan memuat PC dengan alamat tertentu atau tidak                                     melakukan apa tergantung dari persyaratan.
JUMP SUBRUTIN : melompat ke  alamat tertentu.
RETURN : mengganti isi PC dan register lainnya yang berasal dari lokasi tertentu.
EXECUTE : mengambil operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi
SKIP : menambah PC sehingga melompati instruksi berikutnya.
SKIP BERSYARAT : melompat atau tidak melakukan apa-apa berdasarkan pada persyaratan
HALT : menghentikan eksekusi program.
WAIT (HOLD) : melanjutkan eksekusi pada saat persyaratan dipenuhi.
NO OPERATION : tidak ada operasi yang dilakukan.

F. Model-model Addressing
Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalama-tan) yang paling umum:

• —  Immediate

• —  Direct
• —  Indirect
• —  Register
• —  Register Indirect
• —  Displacement
• —  Stack

G. Direct and Indirect Addressing
Gambar application layer :

1. Direct Addressing.

—a.  Address field berisi alamat dari operan
Alamat Efektif (EA) = alamat lapangan (A)
misalnya ADD A
Tambahkan isi sel A ke akumulator
Lihat dalam memori pada alamat A untuk operand
Referensi memori tunggal untuk mengakses data
Tidak ada tambahan perhitungan untuk bekerja di luar alamat efektif
Terbatas ruang alamat
Direct Addressing Diagram
b. indirect Addressing
—  Sel memori yang ditunjuk oleh field alamat berisi alamat (pointer ke) operan
EA = (A)
Lihat dalam A, menemukan alamat (A) dan tampak di sana untuk operan
misalnya ADD (A)
Tambahkan isi sel ditunjukkan oleh isi dari A ke akumulator
—  Besar ruang alamat
2n dimana n = kata panjang
Bisa diulang, bertingkat, mengalir
misalnya EA = (((A)))
Gambarlah diagram diri
Memori rangkap mengakses untuk menemukan operan
Oleh karena itu lebih lambat
Indirect Addressing Diagram

1. Register Addressing

Operan diadakan di daftar alamat yang disebutkan dalam mengajukan
EA = R
Terbatas jumlah register
Sangat kecil alamat lapangan diperlukan
Shorter instruksi
Instruksi lebih cepat mengambil
—Tidak ada akses memori
Sangat cepat eksekusi
Sangat terbatas ruang alamat
Beberapa register membantu kinerja
Membutuhkan pemrograman perakitan baik atau menulis compiler
N.B. pemrograman C
mendaftar int a;
c.f. langsung mengatasi
\Register Addressing Diagram

1. G.   Instruction Format

Siklus : fetch – decode – execute
à decoder : didesain permanen à format instruksi sudah tentu
—  Opcode :
—  bilangan biner tak bertanda
—  operasi yang harus dilakukan oleh komputer.
—  himpunan opcode : instruction set atau machine language
—  i bit / op code à maksimum 2i operasi
—  Address fields :
—  operan atau alamat operan
—  jumlah operan tiap instruksi à pengelompokan instruction set
—  Modifiers à jumlah & interpretasi spesifik thd mesin
Four-address format

Terdapat empat field alamat dalam satu instruksi :
—  Operan kiri dalam operasi binary
—  Operan kanan dalam operasi binary
—  Hasil operasi
—  Instruksi berikutnya yang akan dieksekusi

Contoh
A := B + C – D
artinya

1. T ß B + C ; go to 2
2. A ß T – D ; go to next address

à tidak pernah digunakan
ü  ukuran instruksinya terlalu besar.
ü  2i jenis op code,  2n lokasi memori à panjang tiap instruksi : i + 4n.
Contoh :
i = 8 (256 op code) dan n = 24 (16 juta lokasi memori)
à ukuran tiap instruksi = 104 bit (13 byte) à terlalu panjang
Three-address format

Menghilangkan field alamat terakhir (next instruction) :
—  Operan kiri dalam operasi binary
—  Operan kanan dalam operasi binary
—  Hasil operasi
Setelah eksekusi instruksi pada alamat L : (konsensus)
—  Instruksi berikut : [L + 1], kecuali dispesifikasikan lain secara eksplisit.
—  1 instruksi = k sel memori à instruksi berikut : [L + k]