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.
Di dalam sebuah
instruksi terdapat beberapa elemen-elemen instruksi:
- Operation code (op code)
- Source operand reference
- Result operand reference
- Xext instruction preference
Format instruksi
(biner):
Missal instruksi
dengan 2 alamat operand : ADD A,B A dan B adalah suatu alamat register.
Beberapa simbolik
instruksi:
ADD :
Add (jumlahkan)
SUB :
Subtract (Kurangkan)
MPY/MUL :
Multiply (Kalikan)
DIV :
Divide (Bagi)
LOAD :
Load data dari register/memory
STOR :
Simpan data ke register/memory
MOVE :
pindahkan data dari satu tempat ke tempat lain
SHR :
shift kanan data
SHL :
shift kiri data .dan lain-lain
Cakupan jenis
instruksi:
Data
processing :
Aritmetik (ADD, SUB, dsb); Logic (AND, OR, NOT, SHR,
dsb); konversidata
Data storage
(memory) : Transfer data (STOR, LOAD, MOVE, dsb)
Data
movement :
Input dan Output ke modul I/O
Program flow
control : JUMP, HALT, dsb.
Bentuk instruksi:
- Format
instruksi 3 alamat
Mempunyai bentuk umum
seperti : [OPCODE][AH],[AO1],[AO2].
Terdiri dari satu alamt 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
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
- 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
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
- Format
instruksi 1 alamat
Mempunyai bentuk umum
: [OPCODE][AO]. Terdiri dari satu alamat operand, hasil disimpan di
accumulator, missal : 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
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
- 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.
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]
Memerlukan 10 operasi
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]
Memerlukan 10 operasi
Set instruksi pada
CISC:
Berikut ini merupakan
karakteristik set instruksi yang digunakan pada beberapa computer yang memiliki
arsitektur CISC
Perbandingan set instruksi
Beberapa
computer CISC (Complex Instruction
Set Computer) menggunakan cara implist dalam menentukan mode addressing pada
setiap set instruksinya. Penentuan mode addressing dengan cara implicit
memiliki arti bahwa pada set instruksi tidak di ada bagian yang menyatakan tipe
dari mode addressing yang digunakan, deklarasi dari mode addressing itu berada
menyatu dengan opcode. Lain hal nya dengan cara imsplisit, cara eksplisit
sengaja menyediakan tempat pada set instruksi untuk mendeklarasikan tipe mode
addressing. Pada cara eksplisit deklarasi opcode dan mode addressing berada
terpisah.
Data
pada tempat deklarasi mode addressing diperoleh dari logaritma basis dua jumlah
mode addressing. Jika deklarasi mode addressing dilakukan secara implicit akan
menghemat tempat dalam set instruksi paling tidak satu bit untuk IBM 3090 dan 6
bit untuk MC68040. Perubahan satu bit pada set instruksi akan memberikan
jangkauan alamat memori lebih luas mengingat range memori dinyatakan oleh bilangan berpangkat
dua.
ELEMEN-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 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
DESAIN SET INSTRUKSI
Desain set instruksi
merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya
adalah:
- Kelengkapan set instruksi
- Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)
- Kompatibilitas : – Source code compatibility – Object code Compatibility
Selain ketiga aspek
tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut:
- Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya
- Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
- Register: Banyaknya register yang dapat digunakan 4.Addressing: Mode pengalamatan untuk operand
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 OPERAND REFERENCE JENIS-JENIS 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
* Numbers : – Integer or fixed point – Floating point – Decimal (BCD)
* Characters : – ASCII – EBCDIC
* Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1
JENIS INSTRUKSI
* Data processing: Arithmetic dan Logic Instructions
* Data storage: Memory instructions
* Data Movement: I/O instructions
* Control: Test and branch instructions
* Data storage: Memory instructions
* Data Movement: I/O instructions
* 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 :
1. Menetapkan alamat memori.
2. Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.
3. Mengawali pembacaan / penulisan memori
* 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 :
1. Menetapkan alamat memori.
2. Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.
3. 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
* 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
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
Nomor 5 sampai 8 merupakan instruksi operand tunggal. LOGICAL
1. ADD : penjumlahan 5. ABSOLUTE
2. SUBTRACT : pengurangan 6. NEGATIVE
3. MULTIPLY : perkalian 7. DECREMENT
4. DIVIDE : pembagian 8. INCREMENT
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 pada ujung bit.
5. ROTATE : operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin.
* 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.
CONVERSI
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.
* 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.
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
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
4. TEST I/O : memindahkan informasi dari sistem I/O ke tujuan TRANSFER CONTROL
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
* 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 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.
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.
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.
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)
4. Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya)
* 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)
4. Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya)
Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang
dispesifikasikan
1. O – Address Instruction
2. 1 – Addreess Instruction.
3. N – Address Instruction
4. M + N – Address Instruction
1. O – Address Instruction
2. 1 – Addreess Instruction.
3. N – Address Instruction
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
1. Memori To Register Instruction
2. Memori To Memori Instruction
3. Register To Register Instruction
ADDRESSING MODES
Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalamatan)
yang paling umum:
* Immediate
* Direct
* Indirect
* Register
* Register Indirect
* Displacement
* Stack
* Immediate
* Direct
* Indirect
* Register
* Register Indirect
* Displacement
* Stack
Sumber :
