Arsitektur Set Instruksi

Arsitektur Set Instruksi 

Set Instruksi didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram. Secara umum, ISA ini mencakup jenis data yang didukung, jenis instruksi yang dipakai, jenis register, mode pengalamatan, arsitektur memori, penanganan interupsi, eksepsi, dan operasi I/O eksternalnya (jika ada).

ISA merupakan sebuah spesifikasi dari Pullman semua kode-kode biner (opcode) yang diimplementasikan dalam bentuk aslinya (native form) dalam sebuah desain prosesor tertentu.

Format Instruksi 

Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi.

Contoh suatu Format Instruksi adalah sbb :

Ilustrasi Format Instruksi Sederhana

A. Elemen Elemen 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 instruksi berikutnya    setelah instruksi yang dijalankan selesai.

B. Jenis Jenis Instruksi

§ Data Processing / Pengolahan Data : instruksi-instruksi aritmetika dan logika. Instruksi aritmetika memiliki kemampuan untuk mengolahdata numeric, sedangkan instruksi logika beroperasi pada bit-bit word sebagai bit bukan sebagai bilangan. Operasi-operasi tersebut dilakukan terutama untuk data di register CPU.

§ Data Storage / Penyimpanan Data : instruksi-instruksi memori. Instruksi-instruksi memori diperlukan untuk memindah data yang terdapat di memori dan register.

§ Data Movement / Perpindahan Data : instruksi I/O. Instruksi-instruksi I/O diperlukan untuk memindahkan program dan data ke dalam memori dan mengembalikan hasil komputansi kepada pengguna.

§ Control / Kontrol : instruksi pemeriksaan dan percabangan. Instruksi-instruksi kontrol digunakan untuk memeriksa nilai data, status komputansi dan mencabangkan ke set instruksi lain.

C. Teknik Pengalamatan

1. Immediate Addressing (Pengalamatan Segera)

§  Pengalamatan yang sangatsederhana.

§  Operand ada dalam instruksi atau bagian dari intsruksi

§  Operand sama dengan field alamat

§  Umumnya bilangan disimpan dalam bentuk complement dua

§  Bit paling kiri sebagai bit tanda

§  Ketika operand dimasukan ke dalam register data, bit tanda bergeser ke kiri hingga maksimum word data

Keunggulan :

·         Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk mendapat operand

·         Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruh anakan akan cepat

Kekurangan :

·         Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field

2. Direct Addressing (Pengalamatan Langsung)

§  Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer kecil

§  Hanya membutuhkan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus

Kelebihan :

§  Field alamat berisi efektif address sebuah operand

Kekurangan :

§  Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word

3. Indirect Addressing (Pengalamatan tak langsung)

Merupakan mode pengalamatan tak langsung

§  Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilirannya akan berisi alamat operand yang panjang

Kelebihan :

§  Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi

Kekurangan :

§  Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat proses operasi

4. Register addressing (Pengalamatan Register)

§  Metode pengalamatan register mirip dengan mode pengalamatan langsung

§  Perbedaanya 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 :

§  Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori

§  Akses ke register lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat

Kerugian :

§  Ruang alamat menjadi terbatas

5. Register indirect addressing (Pengalamatan tak-langsung register)

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

§  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

6. Displacement addressing

§  Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung

§  Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit

§  Operand berada pada alamat A ditambahkan isi register
Tiga model displacement

Base register addressing : 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  : 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

Contoh :
Field eksplisit bernilai A dan field imlisit mengarah pada register

7. Stack addressing

§  Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-firs-out

§  Stack merupakan blok lokasi yang terbaik

§  Btir ditambahkan ke puncak stack sehingga setiap 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

8. Jenis jenis Metode Pengalamatan

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 : Source code compatibility dan 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.

Refrensi

1.    https://triazis13.wordpress.com/2016/11/06/arsitektur-set-instruksi/

2.    http://irfan-abet.blogspot.co.id/2015/01/arsitektur-set-instruksi.html

3.    http://irfan-abet.blogspot.com/2015/01/arsitektur-set-instruksi.html

4.    https://mazzeko.wordpress.com/2014/11/29/arsitektur-dan-desain-set-instruksi/

ORGANISASI KOMPUTER DASAR

ORGANISASI KOMPUTER DASAR

Sebuah komputer digital dengan program tersimpan di dalamnya merupakan sebuah sistem yang memanipulasi dan memproses informasi menurut  kumpulan instruksi yang diberikan. Sistem tersebut dirancang dari modul – modul perangkat keras (hardware) seperti register, elemen aritmatika dan logika, unit pengendali, unit memori dan unit – unit masukkan/keluaran (I/O atau Input/Output). Kumpulan instruksi yang diberikan membentuk program-program mesin. Dari situ didefinisikan urutan dan pola perpindahan data dan transformasi data dalam modul – modul perangkat keras.

Komputer dibagi atas tiga bagian utama: unit pengolah data (CPU atau Central Processing Unit), unit masukan/keluaran (I/O atau Input/Output), dan unit memori. CPU mengendalikan urutan dari semua pertukaran informasi dalam komputer dan dengan dunia luar melalui unit I/O. unit memori terdiri dari sejumlah besar lokasi yang menyimpang program dan data yang sedang aktif digunakan oleh CPU. Ketiga unit tersebut saling dihubungkan dengan memakai macam bus.

Komputer dapat dibagi menjadi 3 komponen utama yaitu:

Unit Pengolahan Pusat (CPU)

Unit Masukkan/Keluaran (I/O)

Unit Memori

Keterangan:

CPU mengendalikan urutan dari semua pertukaran informasi dalam komputer dan dengan dunia luar melalui unit I/O. Sedangkan unit memori terdiri dari sejumlah besar lokasi yang menyimpan program dan data yang sedang aktif digunakan CPU. Ketiga unit tersebut dihubungkan dengan berbagai macam bus.

ORGANISASI KOMPUTER

Organisasi komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit – unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya. Contoh aspek organisasional adalah teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, dan sinyal – sinyal kontrol.

Arsitektur komputer lebih cenderung pada kajian atribut – atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer. Contohnya, set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O.

Sebagai contoh apakah suatu komputer perlu memiliki instruksi pengalamatan pada memori merupakan masalah rancangan arsitektural. Apakah instruksi pengalamatan tersebut akan diimplementasikan secara langsung ataukah melalui mekanisme cache adalah kajian organisasional.

STRUKTUR DAN FUNGSI KOMPUTER

Komputer merupakan sebuah sistem yang kompleks dan terdiri atas jutaan komponen dasar elektronik. Oleh karena itu, untuk memudahkan dalam pendeskripsian perlu dikenali sifat hirarkis dari sistem tersebut. Sebuah sistem hirarkis adalah seperangkat subsistem yang saling terkait, yang masing-masing akan berakhir, pada gilirannya, hirarki dalam struktur akan mencapai beberapa tingkat terendah dari subsistem dasar. Perilaku pada setiap level hierarki hanya bergantung pada sistem di tingkat yang lebih rendah berikutnya dan telah disederhanakan. Pada setiap tingkatan tersebut, desainer menghubungkan antara struktur dan fungsi sebuah komputer. Struktur adalah cara di mana komponen saling berhubungan satu sama lain dan fungsi merupakan operasi dari masing-masing komponen sebagai bagian dari struktur. Antara lain:

1.   Input Device ( Alat Masukkan)

Adalah perangkat keras komputer yang berfungsi sebagai alat untuk memasukkan data atau perintah kedalam komputer.

Contoh keyboard

2.   Output Device (Alat Keluaran)

Adalah perangkat keras komputer yang berfungsi sebagai alat untuk menampilkan keluaran sebagai hasil dari pengolahan data, keluaran dapat berupa soft-copy (berupa gambar di monitor), hard-copy (berupa kertas), maupun dalam bentuk suara.

3.   I/O Port

Bagian ini digunakan untuk menerima ataupun mengirim data ke luar sistem. Peralatan input ataupun output terhubung menggunakan port ini.

4.   CPU (Central Processing Unit)

Merupakan otak dari sistem komputer, dan memiliki dua bagian fungsi operasional, yaitu; ALU (Arithmatical Logic Unit) sebagai pusat pengolah data, dan CU (Control Unit) sebagai pengontrol kerja komputer.

5.   Memori

Memori terbagi menjadi dua bagian yaitu memori internal dan memori eksternal. Memori internal berupa RAM (Random Access Memory) yang berfungsi untuk menyimpan program yang kita olah untuk sementara waktu, dan ROM (Read Only Memory) yaitu memori yang hanya bisa dibaca dan berguna sebagai penyedia informasi pada saat komputer pertama kali dinyalakan.

6.   Data Bus

Jalur-jalur perpindahan data antar modul dalam sistem komputer. Karena pada suatu saat tertentu masing-masing saluran hanya dapat membawa 1 bit data, maka jumlah saluran menentukan jumlah bit yang dapat ditransfer pada suatu saat. Lebar data bus ini menentukan kinerja sistem secara keseluruhan. Sifatnya bidirectional, artinya CPU dapat membaca dan menerima data melalui data bus ini. Data bus biasanya terdiri atas 8, 16, 32, atau 64 jalur paralel.

7.   Address Bus

Digunakan untuk menandakan lokasi sumber ataupun tujuan pada proses transfer data. Pada jalur ini, CPU akan mengirimkan alamat memori yang akan ditulis atau dibaca.

8.   Control Bus

Control Bus digunakan untuk mengontrol penggunaan serta akses ke Data Bus dan Address Bus. Terdiri atas 4 sampai 10 jalur paralel.

FUNGSI KOMPUTER

Semua fungsi komputer meliputi 4 hal yaitu:

·         Data Processing (Pengolahan Data)

           Contoh: updating bank statement

·         Data Storage (Penyimpanan Data)

           Contoh: Download dari internet

·         Data Movement (Pergerakan Data)

            Contoh : dari keyboard ke monitor

Control (kontrol)

(a) Perpindahan Data (b) Penyimpanan Data (c) Pemrosesan dari dan menuju storage (media penyimpanan) (d) Pemrosesan dari storage ke perangkat I/O

Dalam mendeskripsikan sebuah fungsi komputer ada dua pendekatan yaitu dari level paling rendah ke level tertinggi atau sebaiknya dari gambaran paling umum kemudian mengerucut ke bagian-bagian sub sistem.

Gambaran fungsional dari sebuah computer

STRUKTUR KOMPUTER

Dalam pemanfaatanya di kehidupan sehari-hari, komputer digunakan secara bersama-sama dengan berbagai perangkat dari lingkungan eksternal. Secara general perangkat lingkungan terbagi menjadi dua bagian yaitu perangkat peripheral dan jalur komunikasi.

Interaksi computer dengan lingkungan eksternal

Struktur internal computer terdiri empat bagian utama yaitu unit pemrosesan terpusat (central processing unit – CPU), memory utama, I/O dan sistem interkoneksi.

Struktur – Top Level Komputer

CPU bertugas dalam mengontrol operasi komputer dan melakukan fungsi pemrosesan data sehingga biasa disebut processor. Main memory digunakan untuk menyimpan data dan I/O berfungsi sebagai media penghubung antara bagian dalam komputer (internal system) dengan lingkungan eksternal. Melalui I/O data bisa dipindahkan dari storage di dalam komputer ke media penyimpanan lain di luar komputer. Sistem interkoneksi berfungsi untuk menghubungkan semua bagian yang ada pada komputer. Sistem bus ini pula yang menyediakan komunikasi antara CPU, main memory dan I/O. Salah satu sistem interkoneksi yang sangat terkenal adalah sistem bus, yang terdiri dari sejumlah kabel yang terhubung ke komponen-komponen computer.

Struktur – CPU

Setiap bagian sub sistem dari CPU memiliki hieraki yang lebih rendah lagi. Misalnya control unit merupakan integrase dari sequencing logic, control unit registers and decoders serta control memory. Demikian seterusnya hingga sistem komputer yang kompleks mencapai hierarki pada level yang paling rendah dan sederhana.

Refrensi :

https://irfanirwantsilmi.wordpress.com/organisasi-komputer-dasar/

http://debyo.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/31390/handout4Organisasi+Komputer+Dasar.pdf

https://iambigsmart.wordpress.com/2012/11/11/organisasi-komputer-dasar-dan-arsitektur-komputer/

https://indostechno.wordpress.com/2017/09/25/organisasi-komputer-dasar/