Orkom- Instruction Sets:Addressing Modes and Formats

A.    SET INSTRUKSI

Set instruksi (instruction set) adalah sekumpulan lengkap instruksi yang dapat di mengerti oleh sebuah CPU, set instruksi sering juga disebut sebagai bahasa mesin (machine code), karna aslinya juga berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly, untuk konsumsi manusia (programmer), biasanya digunakan representasi yang lebih mudah dimengerti oleh manusia.

Sebuah instruksi terdiri dari sebuah opcode, biasanya bersama dengan beberapa informasi tambahan seperti darimana asal operand-operand dan kemana hasil-hasil akan ditempatkan. Subyek umum untuk menspesifikasikan di mana operand-operand berada (yaitu, alamat-alamatnya) disebut pengalamatan

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.

B.     ELEMEN-ELEMEN DARI INSTRUKSI MESIN (SET INSTRUKSI)

a)      Operation Code (opcode) : menentukan operasi yang akan dilaksanakan

b)      Source Operand Reference : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan

c)      Result Operand Reference : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan

d)     Next instruction Reference : memberitahu CPU untuk mengambil (fetch) instruksi berikutnya setelah instruksi yang dijalankan selesai. Source dan result operands dapat berupa salah satu diantara tiga jenis berikut ini:

·         Main or Virtual Memory

·         CPU Register

·         I/O Device

·         Missal instruksi dengan 2 alamat operand : ADD A,B A dan B adalah suatu alamat register.

C.      BEBERAPA SIMBOLIK INTRUKSI:

ADD               : Add (jumlahkan)

SUB                : Subtract (Kurangkan)

MPY/MUL        : Multiply (Kalikan)

DIV                 : Divide (Bagi)

LOAD             : Load data dari register/memory

STOR              : Menyimpan data ke register/memory

MOVE             : Memindahkan data dari satu tempat ke tempat lain

SHR                : Shift kanan data

SHL                : Shift kiri data .dan lain-lain

D.      JENIS INTRUKSI

a)      Data Processing : Aritmetik (ADD, SUB, dsb) & Logic  Instructions (AND, OR, NOT, SHR, dsb)

b)      Data Storage (Memory) : Transfer data (STOR, LOAD, MOVE, dsb)

c)      Data Movement  : Input dan Output ke modul I/O

d)     Program Flow Control : Test and branch instructions (JUMP, HALT,

                                      dsb).

E.      DESAIN SET INSTRUKSI 

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah: 

a)      Kelengkapan set instruksi 

b)      Ortogonalitas (sifat independensi instruksi) 

c)      Kompatibilitas : – Source code compatibility – Object code Compatibility 

Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut: 

a)      Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya 

b)      Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dsb. 

c)      Register: Banyaknya register yang dapat digunakan 4.Addressing: Mode pengalamatan untuk operand 

F.     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). 

G.    OPCODE OPERAND REFERENCE OPERAND REFERENCE JENIS-JENIS OPERAND 

·         Addresses

·         Numbers : – Integer or fixed point – Floating point – Decimal (BCD)

·         Characters : – ASCII – EBCDIC

·         Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1 

a)      RANSFER DATA

·         Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.

·         Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas dripada 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 :

1.      Menetapkan alamat memori

2.      Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.

3.      Mengawali pembacaan / penulisan memori 

b)      Operasi set instruksi untuk transfer data : 

1.      MOVE : memindahkan word atau blok dari sumber ke tujuan

2.      STORE : memindahkan word dari prosesor ke memori.

3.      LOAD : memindahkan word dari memori ke prosesor.

4.      EXCHANGE : menukar isi sumber ke tujuan.

5.      CLEAR / RESET : memindahkan word 0 ke tujuan.

6.      SET : memindahkan word 1 ke tujuan.

7.       PUSH : memindahkan word dari sumber ke bagian paling atas stack.

8.       POP : memindahkan word dari bagian paling atas sumber 

c)      ARITHMETIC
Tindakan CPU untuk melakukan operasi arithmetic : 

·         Transfer data sebelum atau sesudah. 

·         Melakukan fungsi dalam ALU. 

·         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

5.      Nomor 5 sampai 8 merupakan instruksi operand tunggal. 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 ujung bit.

5.      ROTATE : operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin. 

d)     CONVERSI

a.       Tindakan CPU sama dengan arithmetic dan logical.

b.      Instruksi yang mengubah format instruksi yang beroperasi terhadap format data.

c.       Misalnya pengubahan bilangan desimal menjadi bilangan biner.

d.      Operasi set instruksi untuk conversi :

·         TRANSLATE : menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasrkan tabel korespodensi.

·         CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya. 

e)      INPUT / OUPUT

a.       Tindakan CPU untuk melakukan INPUT /OUTPUT :

·         Apabila memory mapped I/O maka menentukan alamat memory mapped.

·         Mengawali perintah ke modul I/O 

b.      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

4. TEST I/O : memindahkan informasi dari sistem I/O ke tujuan TRANSFER CONTROL 

c.       Tindakan CPU untuk transfer control : Mengupdate program counter untuk subrutin , call / return. 

d.      Operasi set instruksi untuk transfer control :

1.      JUMP (cabang) : pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu.

2.      JUMP BERSYARAT : menguji persyaratan tertentu dan memuat PC 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.

5.      EXECUTE : mengambil operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi

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

10.  NO OPERATION : tidak ada operasi yang dilakukan. 

H.    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. Contoh : membaca atau mengubah register kontrol. 

I.       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 :

a)      Empat Alamat ( dua operand, satu hasil, satu untuk alamat instruksi berikutnya)

b)      Tiga Alamat (dua operand, satu hasil)

c)      Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi operand)

d)     Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya) 

·         Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang dispesifikasikan :

a.       O – Address Instruction

b.      1 – Addreess Instruction.

c.       N – Address Instruction

d.      M + N – Address Instruction 

·         Macam-macam instruksi menurut sifat akses terhadap memori atau register :

a.       Memori To Register Instruction

b.      Memori To Register Instruction

c.       Register To Register Instruction

J.      ADDRESSING MODES 

Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalamatan) yang paling umum:

a.       Immediate

b.       Direct

c.        Indirect

d.       Register

e.        Register Indirect

f.        Displacement

g.       Stack 

K.    TEKNIK PENGALAMATAN

Untuk menyimpan data ke dalam memori komputer, tentu memori tersebut diberi identitas (yang disebut dengan alamat/ address) agar ketika data tersebut diperlukan kembali, komputer bisa mendapatkannya sesuai dengan data yang pernah diletakkan di sana.

Teknik pengalamatan ini hampir sudah tidak diperlukan lagi oleh pemakai komputer saat ini karena hampir seluruh software yang beredar di pasaran tidak mengharuskan si pemakai menentukan di alamat mana datanya akan disimpan (semua sudah otomatis dilakukan oleh si software).

Program biasanya ditulis dalam bahasa tingkat tinggi, yang memunkinkan program untuk menggunakan konstanta, variable local dan global, pointer, dan array. Pada saat mentranslasi program bahsa tingkat tinggi menjadi bahsa assembly, compiler harus mampu mengimplimentasi konstruksi ini menggunakan fasilitas yang disediakan dalam set instruksi computer dimana program akan dijalankan. cara yang berbeda dalam menentukan lokasi suatu operand ditetapkan dalam suatu instruksi yang disebut sebagai mode pengalamatan.

Ada tiga teknik dasar untuk pengalamatan, yakni :

a)      Pemetaan Langsung

Teknik ini dapat dijuluki dengan device dependent (tergantung pada peralatan rekamnya), artinya, kita tidak dapat begitu saja meng-copy data berkas ini ke komputer lainnya, karena mungkin saja di komputer lainnya itu menggunakan alat rekam yang berbeda spesifikasinya.

Teknik ini juga dapat dijuluki dengan address space dependent (tergantung pada alamat-alamat yang masih kosong), artinya, kita tidak dapat begitu saja meng-copy data berkas ini ke komputer lainnya, karena mungkin saja di komputer lainnya itu alamat-alamat yang dibutuhkan sudah tidak tersedia lagi.

b)      Teknik Pencarian Tabel

Teknik ini dilakukan dengan cara, mengambil seluruh kunci atribut dan alamat memori yang ada dan dimasukkan ke dalam tabel tersendiri. Jadi tabel itu (misal disebut dengan tabel INDEX) hanya berisi kunci atribut (misalkan NIM) yang telah disorting (diurut) dan alamat memorinya.

Pencarian yang dilakukan di tabel INDEX akan lebih cepat dilakukan dengan teknik pencarian melalui binary search (dibagi dua-dua, ada di mata kuliah Struktur dan Organisasi Data 2 kelak) ketimbang dilakukan secara sequential.

Nilai key field (kunci atribut) bersifat address space independent (tidak terpengaruh terhadap perubahan organisasi file-nya), yang berubah hanyalah alamat yang ada di INDEX-nya.

c)      Teknik Kalkulasi Alamat

Perhitungan (kalkulasi) terhadap nilai kunci atribut untuk mendapatkan nilai suatu alamat disebut dengan fungsi hash.

Bisa juga fungsi hash digabungkan dengan teknik pencarian seperti tabel di atas, tetapi akan menjadi lebih lama pengerjaannya dibanding hanya dengan satu jenis saja (fungsi hash saja atau pencarian tabel saja).

L.     BENTUK INTRUKSI

a.       Format instruksi 3 alamat

            Mempunyai bentuk umum seperti : [OPCODE][AH],[AO1],[AO2]. Terdiri dari satu alamat hasil, dan dua alamat operand, misal SUB Y,A,B Yang mempunyai arti dalam bentuk algoritmik : Y := A – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg a dengan isi reg B, kemudian simpan hasilnya di reg Y. bentuk bentuk pada format ini tidak umum digunakan di dalam computer, tetapi tidak dimungkinkan ada pengunaanya, dalam peongoprasianya banyak register sekaligus dan program lebih pendek.

Contoh:
A, B, C, D, E, T, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

SUB Y, A, B              Y := A – B

MPY T, D, E               T := D × E   

ADD T, T, C               T := T + C

DIV Y, Y, T               Y:= Y / T

Memerlukan 4 operasi

b.        Format instruksi 2 alamat

      Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AH],[AO]. Terdiri dari satu alamat hasil merangkap operand, satu alamat operand, missal : SUB Y,B yang mempunyai arti dalam algoritmik : Y:= Y – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg Y dengan isi reg B, kemudian simpan hasillnya di reg Y. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer sekarang, untuk mengoprasikan lebih sedikit register, tapi panjang program tidak bertambah terlalu banyak.

Contoh :

A, B, C, D, E, T, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

MOVE Y, A               Y := A

SUB Y, B                   Y := Y – B

MOVE T, D                T := D

MPY T, E                    T := T × E

ADD T, C                   T := T + C

 DIV Y, T                    Y:= Y / T

Memerlukan 6 operasi

c.       Format instruksi 1 alamat

Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AO]. Terdiri dari satu alamat operand, hasil disimpan di accumulator, misal : SUB B yang mempunyai arti dalam algoritmik : AC : = AC – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi Acc dengan isi reg B, kemudian simpan hasillnya di reg Acc. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer jaman dahulu, untuk mengoprasikan di perlukan satu  register, tapi panjang program semakin bertambah.

Contoh :

A, B, C, D, E, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

 LOAD D                     AC := D

MPY E                        AC := AC × E

ADD C                       AC := AC + C

STOR Y                      Y := AC

LOAD A                     AC := A

SUB B                        AC := AC – B

DIV Y                         AC := AC / Y

STOR Y                      Y := AC

Memerlukan 8 operasi

d.      Format instruksi 0 alamat

Mempunyai bentuk umum : [OPCODE]. Terdiri dari semua alamat operand implicit, disimpan dalam bentuk stack. Operasi yang biasanya membutuhkan 2 operand, akan mengambil isi stack paling atas dan dibawahnya missal : SUB yang mempunyai arti dalam algoritmik : S[top]:=S[top-1]-S[top] dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi stack no2 dari atas dengan isi stack paling atas, kemudian simpan hasilnya di stack paling atas, untuk mengoprasikan ada beberapa instruksi khusus stack PUSH dan POP.

Contoh :

A, B, C, D, E, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

PUSH A                      S[top] := A

PUSH B                      S[top] := B

SUB                            S[top] := A – B

PUSH C                      S[top] := C

PUSH D                      S[top] := D

PUSH E                      S[top] := E

MPY                           S[top] := D × E

ADD                           S[top] := C + S[top]

DIV                             S[top] := (A – B) /S[top]

 POP Y                         Out := S[top]