arsitektur set instruksi

Pengertian Set Instruksi
Program komputer atau sering kali disingkat sebagai program adalah serangkaian instruksi yang ditulis untuk melakukan suatu fungsi spesifik pada komputer. Komputer pada dasarnya membutuhkan keberadaan program agar bisa menjalankan fungsinya sebagai komputer, biasanya hal ini dilakukan dengan cara mengeksekusi serangkaian instruksi program tersebut pada prosesor. Sebuah program biasanya memiliki suatu bentuk model pengeksekusian tertentu agar dapat secara langsung dieksekusi oleh komputer.

Program yang sama dalam format kode yang dapat dibaca oleh manusia disebut sebagai kode sumber, bentuk program yang memungkinkan programmer menganalisis serta melakukan penelaahan algoritma yang digunakan pada program tersebut. Kode sumber tersebut pada akhirnya dikompilasi oleh utilitas bahasa pemrograman tertentu sehingga membentuk sebuah program. bentuk alternatif lain model pengeksekusian sebuah program adalah dengan menggunakan bantuan interpreter, kode sumber tersebut langsung dijalankan oleh utilitas interpreter suatu bahasa pemrograman yang digunakan.

Dalam pengertiannya Set Instruksi (instruction set) adalah sekumpulan instruksi yang lengkap dan berbeda. Set instruksi ini dapat di mengerti oleh sebuah CPU, set instruksi sering juga sering disebut sebagai bahasa mesin (machine code), karena aslinya juga berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly, agar dapat dimengerti oleh manusia (programmer).

Set instruksi didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram. Dua bagian utama arsitektur komputer:

1. Instruction set architecture (ISA) / arsitektur set instruksi

ISA meliputi spesifikasi yang menentukan bagaimana programmer bahasa mesin akan berinteraksi oleh komputer. ISA menentukan sifat komputasional komputer

2. Hardware system architecture (HSA) / arsitektur system hardware

HSA berkaitan dengan subsistem hardware utama komputer (CPU, system memori dan IO). HSA mencakup desain logis dan organisasi arus data dari subsistem.

Jenis – Jenis Instruksi

1.Data procecessing: Arithmetic dan Logic Instructions

data processing adalah jenis pemrosesan yang dapat mengubah data menjadi informasiatau pengetahuan. Pemrosesan data ini sering menggunakan komputer sehingga bisa berjalan secara otomatis. Setelah diolah, data ini biasanya mempunyai nilai yang informatif jika dinyatakan dan dikemas secara terorganisir dan rapi, maka istilah pemrosesan data sering dikatakan sebagai sistem informasi. Kedua istilah ini mempunyai arti yang hampir sama, pemrosesan data mengolah dan memanipulasi data mentah menjadi informasi (hasil pengolahan), sedangkan sistem informasi memakai data sebagai bahan masukan dan menghasilkan informasi sebagai produk keluaran.

2. Data storage: Memory instructions

sering disebut sebagai memori komputer, merujuk kepada komponen komputer, perangkat komputer, dan media perekaman yang mempertahankan data digital yang digunakan untuk beberapa interval waktu. Penyimpanan data komputer menyediakan salah satu tiga fungsi inti dari komputer modern, yakni mempertahankan informasi. Ia merupakan salah satu komponen fundamental yang terdapat di dalam semua komputer modern, dan memiliki keterkaitan dengan mikroprosesor, dan menjadi model komputer yang digunakan semenjak 1940-an.
Dalam penggunaan kontemporer, memori komputer merujuk kepada bentuk media penyimpanan berbahan semikonduktor, yang dikenal dengan sebutan Random Access Memory (RAM), dan kadang-kadang dalam bentuk lainnya yang lebih cepat tapi hanya dapat menyimpan data secara sementara. Akan tetapi, istilah “computer storage” sekarang secara umum merujuk kepada media penyimpanan massal, yang bisa berupa cakram optis, beberapa bentuk media penyimpanan magnetis (seperti halnya hard disk) dan tipe-tipe media penyimpanan lainnya yang lebih lambat ketimbang RAM, tapi memiliki sifat lebih permanen, seperti flash memory.

3. Data Movement: I/O instructions

Proses data movement ini adalah memindahkan (dapat diakatakan membackup juga) data – data dari database yang berupa data, indeks, grand, schema, dan lain – lain ketempat baru. Tempat baru ini bisa ke dalam database baru atau memang untuk dibackup saja.

Data movement terdiri dari 2 bagian besar yaitu :

–          Load & Upload [difokuskan untuk memindahkan data yang berupa indeks atau data itu sendiri alias isi dari database tersebut]

–          Export & Import [memindahkan data secara lengkap, mulai dari grand, schema, dan seluruhnya]

Jika dilihat, load tersebut behubungan dengan import dan upload berhubungan dengan export

Load berfungsi untuk memasukan data / transaksi ke sebuah table. Dapat dikatakan juga insert, replace, atau update. Sedangkan upload berfungsi untuk membuat dari data table ke fisik / file. Kelemahan load adalah dalam prosesnya bisa saja terjadi data yang tidak berpindah secara sempurna.

Upload Parameter

• Limit [membatasi beberapa record]
• Sample [mencari sample yang telah ditentukan]
• When [berdasarkan kondisi]

Dan pada upload, hanya satu parameter saja yang dapat berjalan alias tak bisa berjalan bersamaan apabila parameternya lebih dari 1.

Bulk Data Movement (Software Pendukung)

• ETL [Extrat Transform Load], software yang focus terhadap data warehouse
• Replication and Propagation, software yang memonitoring source database dan target, dan yang dihasilkan oleh software ini adalah pencatatatn log.

Perlu diperhatikan juga hak akses dalam load & unload, import & export minimal adalah akses select.

Distribution Database

Dalam distribution database terdapat 3 istilah yaitu :

• Autonomi [idependent], untuk tabel umum akses yang diberikan berbeda dari setiap user.
• Isolation [stand alone], untuk tabel khusus (privacy) itu terpisah dari user.
• Transparancy [all user], akses tabel terpisah dari user tetapi user masih dapat mengaksesnya.

Lawan dari database terdistribusi adalah database terpusat. Server yang terpusat memang diuntungkan dalam sisi maintenance sedangkan server terdistribusi lebih rumit dalam proses integrasinya.

Jika database terdistribusi paling tidak membutuhkan Sumber Daya Manusia [SDM] yang baik, network yang lebih baik karena permasalahan network itu sangat fatal dan biasanya permasalahannya tidak jauh – jauh dari permasalahan traffic network. Dan yang tidak boleh dilupakan adalah request dan respon.

4. Control: Test and branch instructions

Unit kendali (bahasa Inggris: Control Unit – CU) adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut.

Pada awal-awal desain komputer, CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang datang dari word-word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut, termasuk di antaranya adalah register, ALU, register instruksi, bus dan peralatan input/output di luar chip. Pada komputer modern, setiap subsistem ini telah memiliki kontrolernya masing-masing, dengan CU sebagai pemantaunya (supervisor).

Teknik Pengalamatan

Metode pengalamatan merupakan aspek dari set instruksi arsitekturdi sebagian unit pengolah pusat(CPU) desain yang didefinisikan dalam set instruksi arsitektur dan menentukan bagaimana bahasa mesinpetunjuk dalam arsitektur untuk mengidentifikasi operan dari setiap instruksi.. Sebuah mode pengalamatan menentukan bagaimana menghitung alamat memori yang efektif dari operand dengan menggunakan informasi yang diadakan di registerdan / atau konstanta yang terkandung dalam instruksi mesin atau di tempat lain.

Jumlah Alamat

Salah satu cara tradisional untuk menggambarkan arsitektur prosessor adalah dengan melihat jumlah alamat yang terkandung dalam setiap instruksinya.

1. Jumlah alamat maksimum yang mungkin diperlukan dalam sebuah instruksi :
2.            a) Empat Alamat ( dua operand, satu hasil, satu untuk alamat instruksi berikutnya)
3.            b) Tiga Alamat (dua operand, satu hasil)
4.            c) Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi operand)
5.            d) Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya)
6. Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang dispesifikasikan :
7.            a) – Address Instruction
8.            b) 1 – Addreess Instruction
9.            c) N – Address Instruction
10.            d) M + N – Address Instruction
11. Macam-macam instruksi menurut sifat akses terhadap memori atau register
12.            a) Memori To Register Instruction
13.            b) Memori To Memori Instruction
14.            c)  Register To Register Instruction

Jenis-jenis Metode Pengalamatan

1. a) Direct Absolute (pengalamatan langsung)

Hal ini membutuhkan ruang dalam sebuah instruksi untuk cukup alamat yang besar.. Hal ini sering tersedia di mesin CISC yang memiliki panjang instruksi variabel, seperti x86.. Beberapa mesin RISC memiliki Literal khusus Atas instruksi Load yang menempatkan sebuah 16-bit konstan di atas setengah dari register.. Sebuah literal instruksi ATAUdapat digunakan untuk menyisipkan 16-bit konstan di bagian bawah mendaftar itu, sehingga alamat 32-bit kemudian dapat digunakan melalui mode pengalamatan tidak langsung mendaftar, yang itu sendiri disediakan sebagai “base- plus-offset “dengan offset 0.

1. b) Immidiate

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.

1. c) Indirect 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
• 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.

1. d) Indirect- memori

Salah satu mode pengalamatan yang disebutkan dalam artikel ini bisa memiliki sedikit tambahan untuk menunjukkan pengalamatan tidak langsung, yaitu alamat dihitung menggunakan modus beberapa sebenarnya alamat dari suatu lokasi (biasanya lengkap kata) yang berisi alamat efektif sebenarnya. Pengalamatan tidak langsung dapat digunakan untuk kode atau data.. Hal ini dapat membuat pelaksanaan pointer ataureferensi atau menanganilebih mudah, dan juga dapat membuat lebih mudah untuk memanggil subrutin yang tidak dinyatakan dialamati. Pengalamatan tidak langsung tidak membawa hukuman performansi karena akses memori tambahan terlibat.

Beberapa awal minicomputer (misalnya Desember PDP-8, Data General Nova) hanya memiliki beberapa register dan hanya rentang menangani terbatas (8 bit).Oleh karena itu penggunaan memori tidak langsung menangani hampir satu-satunya cara merujuk ke jumlah yang signifikan dari memori.

1. e) Register

Pada beberapa komputer, register dianggap sebagai menduduki 16 pertama 8 atau kata-kata dari memori (misalnya ICL 1900, DEC PDP-10). Ini berarti bahwa tidak perlu bagi yang terpisah “Tambahkan register untuk mendaftarkan” instruksi – Anda hanya bisa menggunakan “menambahkan memori untuk mendaftar” instruksi. Dalam kasus model awal PDP-10, yang tidak memiliki memori cache, Anda benar-benar dapat memuat sebuah loop dalam ketat ke dalam beberapa kata pertama dari memori (register cepat sebenarnya), dan berjalan lebih cepat daripada di memori inti magnetik. Kemudian model dari DEC PDP-11seri memetakan register ke alamat di output / area input, tetapi ini ditujukan untuk memungkinkan diagnostik terpencil. register 16-bit dipetakan ke alamat berturut-turut byte 8-bit.

1. f) Index

Indexing adalah 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 iterative

1. g) Base index

Base index, register yang direferensi berisi sebuah alamat memori, dan field alamat berisiperpindahan dari alamat itu Referensi register dapat eksplisit maupun implicit. Memanfaatkan konsep lokalitas memori.

1. h) Base index plus offset

Offset biasanya nilai 16-bit masuk (walaupun 80386 diperluas ke 32 bit). Jika offset adalah nol, ini menjadi contoh dari register pengalamatan tidak langsung, alamat efektif hanya nilai dalam register dasar. Pada mesin RISC banyak, register 0 adalah tetap sebesar nilai nol. Jika register 0 digunakan sebagai register dasar, ini menjadi sebuah contoh dari pengalamatan mutlak. Namun, hanya sebagian kecil dari memori dapat diakses (64 kilobyte, jika offset adalah 16 bit). 16-bit offset mungkin tampak sangat kecil sehubungan dengan ukuran memori komputer saat ini (yang mengapa 80386 diperluas ke 32-bit). Ini bisa lebih buruk: IBM System/360 mainframe hanya memiliki 12-bit unsigned offset. Namun, prinsip berlaku: selama rentang waktu yang singkat, sebagian besar item data program ingin mengakses cukup dekat satu sama lain. Mode pengalamatan ini terkait erat dengan mode pengalamatan terindeks mutlak.

Contoh 1: Dalam sebuah sub rutin programmer terutama akan tertarik dengan parameter dan variabel lokal, yang jarang akan melebihi 64 KB, yang satu basis register (yang frame pointer) sudah cukup. Jika rutin ini adalah metode kelas dalam bahasa berorientasi objek, kemudian register dasar kedua diperlukan yang menunjuk pada atribut untuk objek saat ini (ini atau diri dalam beberapa bahasa tingkat tinggi).

Contoh 2: Jika register dasar berisi alamat dari sebuah tipe komposit (record atau struktur), offset dapat digunakan untuk memilih field dari record (catatan paling / struktur kurang dari 32 kB).

1. i) Relatif

Pengalamatan Relative, register yang direferensi secara implisit adalah program counter (PC)Alamat efektif didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field alamat Memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk menyediakan operand-operand berikutnya.

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.

Format Set 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). Jenis-Jenis Operand antara lain :

• 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. Transfer Data 
2.            a) Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.
3.            b) Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack.
4.            c) Menetapkan panjang data yang dipindahkan.
5.            d) Menetapkan mode pengalamatan.
6.            e) Tindakan CPU untuk melakukan Transfer Data adalah :

• Memindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain.
• Apabila memori dilibatkan :

o   Menetapkan alamat memori.

o   Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.

o   Mengawali pembacaan / penulisan memori

1.            f) 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

2. Aritmatika dan Logika
3.            a) Tindakan CPU untuk melakukan operasi Aritmatika Dan Logika :

• Transfer data sebelum atau sesudah.
• Melakukan fungsi dalam ALU.
• Menset kode-kode kondisi dan flag.

1.            b) Operasi set instruksi untuk Aritmatika :

• ADD : penjumlahan
• SUBTRACT : pengurangan
• MULTIPLY : perkalian
• DIVIDE : pembagian

1.             c) Operasi set instruksi untuk operasi Logika :

• AND, OR, NOT, EXOR
• COMPARE : melakukan perbandingan logika
• TEST : menguji kondisi tertentu
• SHIFT : operand menggeser ke kiri atau kanan menyebabkan konstanta pada ujung bit
• ROTATE : operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin

3. Konversi
4.           a) Tindakan CPU sama dengan Aritmatika dan Logika.
5.           b) Instruksi yang mengubah format instruksi yang beroperasi terhadap format data.
6.           c) Misalnya pengubahan bilangan desimal menjadi bilangan biner.
7.           d) Operasi set instruksi untuk Konversi :

• TRANSLATE : menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasrkan tabel korespodensi.
• CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.

4. Input / Ouput
5.            a) Tindakan CPU untuk melakukan INPUT /OUTPUT :

• Apabila memory mapped I/O maka menentukan alamat memory mapped.
• Mengawali perintah ke modul I/O

1.            b) Operasi set instruksi Input / Ouput :

• INPUT : memindahkan data dari pernagkat I/O tertentu ke tujuan.
• OUTPUT : memindahkan data dari sumber tertentu ke perangkat 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 TRANSFER CONTROL.

5. Transfer Control
6.            a) Tindakan CPU untuk transfer control :

• Mengupdate program counter untuk subrutin , call / return.

1.            b) 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.

6. Control System 
7. a)  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.
8. b) Contoh : membaca atau mengubah register kontrol.

Sumber Referensi :

http://fachrulryper.blogspot.com/2012/11/arsitektur-set-instruksi-dan-cpu.html

http://siezwoyouye.blogspot.com/2012/10/arsitektur-set-instruksi.html

http://jovanangga.blogspot.com/2012/11/set-instruksi-dan-teknik-pengalamatan.html

http://okghiqowiy.blogspot.com/

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

https://bonaventura21.wordpress.com/2016/01/01/set-instruksi-program-dan-jenis-jenis-instruksi/

http://rizkyanggakusumaa.blogspot.co.id/2015/12/set-instruksi-program-dan-jenis-jenis.html
http://muhammadbambangutama.blogspot.co.id/2015/12/set-instruksi-program-dan-jenis-jenis.html

https://id.wikipedia.org/wiki/Set_instruksi