Bab I Pembahasan: microcode, pipeline, sistem cache, manajemen daya, dan lainnya). Komputer

BAB I PEMBAHASAN

A. Penge Pengert rtian ian Set Set Instr Instruks uksii Set Instruksi   (Instruction Set, atau Instruction Set Architecture (ISA)) didefinisik didefinisikan an sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram. Secara umum, ISA ini mencakup jenis data yang data yang didukung,  jenis instruksi yang instruksi yang dipakai, jenis register , mode pengalamatan, pengalamatan, arsitektur memori,  penanganan interupsi, interupsi, eksepsi, eksepsi, dan operasi I/O eksternalnya (jika ada).

ISA merupakan sebuah spesifikasi dari kumpulan semua kodekode  biner  (opcode) opcode) yang yang diimp diimplem lement entasik asikan an dalam dalam bentuk bentuk asliny aslinyaa ( native native form form) dalam dalam sebuah sebuah desain desain  prosesor  terten tertentu. tu. !umpul !umpulan an opcode  opcode  tersebut, umumnya disebut sebaga sebagaii bahasa mesin (machine language) language ) untuk ISA yang bersangkutan. ISA yang populer populer digunakan digunakan adalah set instruksi untuk chip Intel "#$, "#$, IA$%, IA$%,  I&' oer*, oer*, 'otorola $#+++, $#+++ , Sun SA*, SA* , -* Alpha, Alpha, dan lainlain. ISA kadangkadang digunakan untuk membedakan kumpulan karakteristik  yang disebut di atas dengan mikroarsitektur prosesor, yang merupakan kumpulan teknik teknik desain desain proseso prosesorr untuk untuk mengim mengimple plemen mentasi tasikan kan set instru instruksi ksi (mencak (mencakup up microcode, microcode,  pipeline,  pipeline,  sistem cache, cache, manajemen manajemen daya, daya, dan lainnya). lainnya). !omputer !omputer komputer komputer dengan dengan mikroarsitektur  berbeda   berbeda dapat saling berbagi set instruksi yang sam sama. Seba Sebaga gaii cont contoh oh,, pros proses esor or Intel Intel entium entium dan dan pro proseso sesorr A'- Athlo Athlon n mengimplementasikan ersi yang hampir identik dari set instruksi Intel "#$, tetapi  jika ditinjau dari desain internalnya, perbedaannya sangat radikal. !onsep ini dapat diperluas untuk ISAISA yang unik seperti 0I'I yang terdapat dalam I&' System/1#  System/1#  da dan I&' I&' IAS/ IAS/%+ %++. +.   0I' 0I'II merup rupaka akan sebuah ISA yang ang diimplementa diimplementasikan sikan sebagai perangkat perangkat lunak leel rendah yang berfungsi berfungsi sebagai sebagai mesin irtual. 0I'I didesain untuk meningkatkan masa hidup sebuah platform dan aplikasi yang ditulis untuknya, sehingga mengi2inkan platform tersebut agar  dapat dapat dipind dipindahk ahkan an ke perang perangkat kat keras keras yang yang sama sama sekali sekali berbed berbedaa tanpa tanpa harus harus memodifikasi perangkat lunak (kecuali yang berkaitan dengan 0I'I). 3al ini membuat I&' dapat memindahkan platform AS/%++ dari AS/%++ dari arsitektur mikroprosesor  *IS* ke arsite arsitektu kturr mikrop mikropros rosesor esor O4   tanpa harus menulis ulang bagian  bagian dari dalam sistem operasi atau perangkat lunak yang diasosiasikan dengannya.

12

B. Representasi Data

5ntuk memberi tanda bilangan biner + (nol) untuk bilangan positif atau  plus dan 6 untuk bilangan negatif atau minus. ada bilangan biner nbit, jika susunannya dilengkapi dengan bit tanda maka diperlukan register dengan panjang n76 bit. -alam hal ini, n bit digunakan untuk menyimpan bilangan biner itu sendiri dan satu bit untuk tandanya. ada representasi bilangan biner yang dilengkapi dengan tanda bilangan, bit tanda ditempatkan pada posisi paling kiri.  8ilai sebuah data dari sebuah tipe data integer   adalah nilai bilangan bulat tersebut dalam matematika. epresentasi data ini merupakan cara bagaimana nilainya disimpan di dalam memori komputer . 0ipe data integral terbagi menjadi dua buah kategori, baik itu bertanda ( signed ) ataupun tidak bertanda (unsigned ). &ilangan bulat bertanda mampu merepresentasikan nilai bilangan bulat negatif, sementara bilangan bulat tak bertanda hanya mampu merepresentasikan bilangan  bulat positif. epresentasi integer positif di dalam komputer sebenarnya adalah untaian  bit, dengan menggunakan sistem bilangan biner. 5rutan dari bitbit tersebut pun  berariasi, bisa berupa 9ittle ndian ataupun &ig ndian. Selain ukuran, lebar  atau ketelitian (presisi) bilangan bulat juga berariasi, tergantung jumlah bit yang direpresentasikanya. &ilangan bulat yang memiliki n  bit dapat mengodekan : n. ;ika tipe bilangan bulat tersebut adalah bilangan bulat tak bertanda, maka  jangkauannya adalah dari + hingga :n6. C. Sistem Bilangan

&ahasa alamiah mengenal bilangan basis 6+ (disebut desimal),sedangkan  bahasa mesin mengenal sistem bilangan yakni tiga basis, yaitu. •

•

•

&asis bilangan : yakni binarydigit, digunakan pada komunikasi data. &asis bilangan # yakni octaldigit, digunakan pada pengalamatan memori &asis bilangan 6$ yakni he"adecimal, digunakan pada pengalamatan di memory dan pengkodean arna.

12

1. Sistem Bilangan Desimal (Basis 1!

-esimal (&asis 6+) adalah Sistem &ilangan yang paling umum digunakan dalam kehidupan seharihari. Sistem bilangan desimal menggunakan basis 6+ dan menggunakan 6+ macam simbol bilangan yaitu < +,6,:,1,%,=,$,>,# dan ?. Sistem &ilangan desimal dapat berupa integer decimal (decimal integer) dan pecahan decimal. 5ntuk melihat nilai bilangan desimal dapat digunakan perhitungan seperti  berikut, misalkan contoh bilangan desimal adalah #=?#. Ini dapat diartikan <

-alam gambar diatas disebutkan Abs"lut #alue  dan P"siti"n #alue. Setiap simbol dalam sistem bilangan desimal memiliki Absolut @alue dan osition @alue. Abs"lut $alue adalah 8ilai 'utlak dari masingmasing digit bilangan. Sedangkan P"siti"n #alue adalah 8ilai enimbang atau bobot dari masing masing digit bilangan tergantung dari letak posisinya yaitu bernilai basis di  pangkatkan dengan urutan posisinya. 5ntuk lebih jelasnya perhatikan table dibaah ini.

-engan begitu maka bilangan desimal #=?# bisa diartikan sebagai berikut <

12

Sistem bilangan desimal juga bisa berupa pecahan desimal (decimal fraction), misalnya < 6#1,>= yang dapat diartikan <

%. Sistem Bilangan biner (basis %! Sistem bilangan biner   atau sistem bilangan basis &ua   adalah sebuah system penulisan angka dengan menggunakan dua simbol yaitu + dan 6. Sistem  bilangan biner modern ditemukan oleh ottfried 4ilhelm 9eibni2 pada abad ke 6>. Sistem bilangan ini merupakan dasar dari semua sistem bilangan berbasis digital. -ari sistem biner, kita dapat mengkonersinya ke sistem bilangan oktal atau he"adesimal. Sistem ini juga dapat kita sebut dengan istilah bit , atau Binary  Digit . engelompokan biner dalam komputer selalu berjumlah #, dengan istilah 6 &yte. -alam istilah komputer, 6 &yte B # bit. !odekode rancang bangun komputer, seperti AS*II,  American Standard Code for Information Interchange menggunakan sistem pengkodean 6 &yte. *ontoh konersi bilangan &iner ke desimal.

osition @alue dalam sistem &ilangan &iner merupakan perpangkatan dari nilai : (basis), seperti pada tabel berikut ini <

&erarti, &ilangan &iner 6++6 perhitungannya adalah sebagai berikut <

12

'. Sistem Bilangan ktal (basis )! ktal atau sistem bilangan basis # adalah sebuah sistem bilangan berbasis delapan. Simbol yang digunakan pada sistem ini adalah +,6,:,1,%,=,$,>. !onersi Sistem &ilangan Oktal berasal dari sistem bilangan biner yang dikelompokkan tiap tiga bit biner dari ujung paling kanan (9S& atau 9east Significant &it).contoh konersi bilangan Oktal ke decimal.

osition @alue dalam Sistem &ilangan Oktal merupakan perpangkatan dari nilai # (basis), seperti pada tabel berikut ini<

&erarti, &ilangan Oktal 6+:: perhitungannya adalah sebagai berikut <

*. Sistem Bilangan He+a&esimal (Basis 1,! He+a&esimal (Basis 1,!- 3e"a berarti $ dan -esimal berarti 6+ adalah Sistem &ilangan yang terdiri dari 6$ simbol yaitu +, 6, :, 1, %, =, $, >, #, ?, A(6+), &(66), *(6:), -(61), (6%), C(6=). ada Sistem &ilangan 3e"adesimal

12

memadukan : unsur yaitu angka dan huruf. 3uruf A meakili angka 1, B meakili angka 11 dan seterusnya sampai 3uruf  meakili angka 1/. *ontoh 3e"adesimal C1-%, Ini dapat di artikan (-i konersikan ke sistem  bilangan desimal) menjadi sebagai berikut

osition @alue dalam Sistem &ilangan 3e"adesimal merupakan perpangkatan dari nilai 6$ (basis), seperti pada tabel berikut ini <

&erarti, &ilangan 3e"adesimal C1-A perhitungannya adalah sebagai berikut<

D. 0arakteristik &an ungsi Set Instruksi

Operasi dari *5 ditentukan oleh instruksi  instruksi yang di laksanakan atau dijalankannya Instruksi ini sering di sebut sebagai instruksi mesin (mechine instructions) atau instruksi computer (computer instructions). !umpulan dari instruksiinstruksi yang berbeda yang dapat di jalankan oleh *5 di sebut set Instruksi (Instruction Set). E. Elemen  elemen &ari Instruksi Mesin (set instruksi! 

Operation *ode (opcode) Sebuah opcode (kode operasi) adalah bagian dari instruksi bahasa mesin yang menentukan operasi yang akan dilakukan. spesifikasi mereka

12

dan format yang diletakkan dalam set instruksi arsitektur prosesor yang  bersangkutan (yang mungkin merupakan *5 umum atau unit pengolahan lebih khusus). 0erlepas dari opcode sendiri, instruksi biasanya juga memiliki satu atau lebih penspesifikasi untuk operan (data yaitu) di mana operasi harus bertindak, meskipun beberapa operasi mungkin memiliki operan implisit, atau tidak sama sekali. Ada instruksi set dengan bidang hampir sama untuk penspesifikasi opcode dan operan,serta yang lain (yang "#$ architecture misalnya) dengan struktur, panjang lebih rumit berariasi. 

Source Operand eference B operasi dapat berasal dari lebih satu sumber.



Operand adalah input instruksi. esult Operand eference B 'erupakan hasil atau keluaran operasi.



 8e"t instruction eference B elemen ini menginformasikan *5 posisi instruksi berikutnya yang harus diambil dan dieksekusi.

peran& &ari perasi <

'elihat dari operasi,operand suatu operasi dapat berada di salah satu dari ketiga daerah berikut < 

memori utama atau memori irtual.



register *5.



 perangkat I/O.

. Representasi Instruksi

Instruksi komputer direpresentasikan oleh sekumpulan bit. Instruksi dibagi menjadi beberapa field. Cield  field ini diisi oleh elemen  elemen instruksi yang membaa informasi bagi operasi *5. 9ayout instruksi berformat instruksi. "rmat Instruksi  <  [opcode] [alamat D 

!ode operasi (opcode) direpresentasikan dengan singkatan  singkatan



yang disebut mnemonic. 'nemonic mengindikasikan suatu operasi bagi *5. *ontoh mnemonic< 

A-- B penambahan.

12



S5& B subtract (pengurangan).



9OA- B muatkan data ke memori.

*ontoh representasi operand secara simbolik< ADD 2- 3

artinya< tambahkan nilai yang berada pada lokasi E dengan isi register F dan simpan hasilnya di register F.  

rogrammer dapat menuliskan program bahasa mesin dalam bentuk simbolik. Setiap opcode simbolik memiliki representasi biner yang tetap dan  programmer dapat menetapkan lokasi masingmasing operand.

0"relasi  <

a. 0erlihat hubungan antara ekspresi bahasa tingkat tinggi dengan bahasa mesin.  b. -alam bahasa tangkat tinggi, operasi dinyatakan dalam bentuk aljabar  singkat menggunakan ariable. c. -alam bahasa mesin hal tersebut diekspresikan dalam operasi perpindahan antar register. d. -apat ditarik kesimpulan baha instruksiinstruksi mesin harus mampu mengolah data sebagai implementasi keinginankeinginan kita. e. 0erdapat kumpulan unik set instruksi, yang dapat digolongkan dalam  jenisjenisnya, yaitu< 

engolahan data (data processing) 'eliputi operasioperasi aritmatika dan logika. Operasi aritmatika memiliki kemampuan komputasi untuk pengolahan data numerik. Sedangkan instruksi logika beroperasi terhadap bitbit ord sebagai bit,  bukannya sebagai bilangan, sehingga instruksi ini memiliki kemampuan untuk pengolahan data lain.



erpindahan data (data moement) &erisi instruksi perpindahan data antar register maupun modul I/O. untuk dapat diolah oleh *5 maka diperlukan instruksiinstruksi yang bertugas memindahkan data operand yang diperlukan.

12



enyimpanan data (data storage) &erisi instruksiinstruksi penyimpanan ke memori. Instruksi penyimpanan sangat penting dalam operasi komputasi, karena data tersebut akan digunakan untuk operasi berikutnya,minimal untuk ditampilkan pada layar  harus diadakan penyimpanan alaupun sementara.



!ontrol aliran program (program flo control) &erisi instruksi pengontrolan operasi dan percabangan. Instruksi ini  berfungsi untuk pengontrolan status dan mengoperasikan percabangan ke set instruksi lain.

4. Desain Set Instruksi

-esain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek,di antaranya adalah< a.  b.

!elengkapan set instruksi Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)

!ompatibilitas <  Source code *ompatibility 

Object code *ompatibility

Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan halhal sebagai berikut< 6. Operation epertoire< &erapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya. :. -ata 0ypes< tipe/jenis data yang dapat olah. 1. Instruction Cormat< panjangnya, banyaknya alamat, dsb. %. egister< &anyaknya register yang dapat digunakan. =. Addressing< 'ode pengalamatan untuk operand. H. "rmat Instruksi

Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. 9ayout dari suatu instruksi sering disebut sebagai format Instruksi (Instruction Cormat). 

O*O-

12



OA8- C8*



OA8- C8*

a. 5enis  6enis peran&



Addresses (akan dibahas pada addressing mode)



8umbers <  Integer or fi"ed point  Cloating point



-ecimal (&*-)



*haracters <  AS*II  &*-I*



9ogical -ata < &ila data berbentuk binary yaitu + dan 6

b. 5enis Instruksi



-ata processing< Arithmetic dan 9ogic Instruction.



-ata storage< 'emory instructions



-ata 'oement< I/O instructions



*ontrol< 0est and branch instructions

7. 8rans9er Data



'enetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.



9okasilokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack.



'enetapkan panjang data yang dipindahkan.



'enetapkan mode pengalamatan.



0indakan *5 untuk melakukan transfer data adalah < •

'emindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain.

•

Apabila memori dilibatkan <

12



'enetapkan alamat memori.



'enjalankan transformasi alamat memori irtual ke alamat memori aktual.



'engaali pembacaan / penulisan memori .

&. perasi Set Instruksi untuk trans9er &ata



'O@ < memindahkan ord atau blok dari sumber ke tujuan.



S0O < memindahkan ord dari prosesor ke memori.



9OA- < memindahkan ord dari memori ke prosesor.



F*3A8 < menukar isi sumber ke tujuan.



*9A / S0 < memindahkan ord + ke tujuan.



S0 < memindahkan ord 6 ke tujuan.



5S3 < memindahkan ord dari sumber ke bagian paling atas stack.



O < memindahkan ord dari bagian paling atas sumber .

e. Arithmeti7

 0indakan *5 untuk melakukan operasi arithmetic < 

 0ransfer data sebelum atau sesudah.



 'elakukan fungsi dalam A95.



 'enset kodekode kondisi dan flag.

 Operasi set instruksi untuk arithmetic < 

A-- < penjumlahan.



S5&0A*0 < pengurangan.



'590I9E < perkalian.



-I@I- < pembagian.



A&SO950.

12



 8A0I@.



-*'80.



I8*'80.  8omor = sampai # merupakan instruksi operand tunggal.

9.

:"gi7al

0indakan *5 sama dengan arithmetic.  Operasi set instruksi untuk operasi logical < 6. A8-, O, 8O0, FO. :. *O'A < melakukan perbandingan logika. 1. 0S0 < menguji kondisi tertentu. %. S3IC0 < operand menggeser ke kiri atau kanan menyebabkan konstanta pada ujung bit. =. O0A0 < operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin. g. C"n$ersi

0indakan *5 sama dengan arithmetic dan logical. Instruksi yang mengubah format instruksi yang beroperasi terhadap format data. 'isalnya pengubahan bilangan desimal menjadi bilangan biner. Operasi set instruksi untuk conersi < 6. 0A8S9A0 < menterjemahkan nilainilai dalam suatu bagian memori  berdasrkan tabel korespodensi. :. *O8@0 < mengkonersi isi suatu ord dari suatu bentuk ke bentuk lainnya. I. 5umlah Alamat

;umlah register atau alamat yang digunakan dalam operasi *5 tergantung format masingmasing *5. Ada format operasi yang menggunakan 1, :, 6 dan + register. 0etapi pada umumnya yang digunakan adalah : register dalam

12

satu operasi. -esain *5 saat ini telah menggunakan 1 alamat dalam satu operasi, terutama dalam 'IS. (million instruction per second). Alamat instruksi yang lebih sedikit akan membuat instruksi lebih sederhana dan pendek, tetapi lebih sulit diimplementasikan fungsifungsi yang kita inginkan. !arena instruksi *5 sederhana maka rancangan *5 juga lebih sederhana. ;umlah bit dan referensi per instruksi lebih sedikit sehingga fetch dan eksekusi lebih cepat. 0etapi jumlah instruksi perprogram biasanya jauh lebih  banyak. ada jumlah alamat perinstruksi banyak, jumlah bit dan referensi instruksi lebih banyak sehingga aktu eksekusi lebih lama. Sehingga diperlukan register *5 yang banyak, namun operasi antar register lebih cepat serta lebih mudah mengimplementasikan fungsifungsi yang kita inginkan. Sehingga jumlah instruksi perprogram jauh lebih sedikit 5ntuk lebih jelas perhatikan contohcontoh instruksi dengan jumlah register berbeda untuk menyelesaikan persoalan yang sama. *ontoh penggunaan instruksi dengan alamat 6, : dan 1 untuk menyelesaikan operasi hitungan< 3 ; (A  B! < (C = D > E!

*ontoh instruksi : dan 1 alamat 

Instruksi 1 alamat Spesifikasi < G Simbolik< a B b 7 c G Cormat alamat< hasil, operand6, operand: G -igunakan dalam arsitektur 'IS Instruksi !omentar  S5& E, A, & E BA H I 'CE 0, -,  0B - JK  A-- 0, 0, * 0B0 7 * -I@ E, E, 0 EB E 7 0



Instruksi : alamat Spesifikasi < G Simbolik< a B a 7 b G Satu alamat diisi operand terlebih dahulu kemudian digunakan untuk menyimpan hasilnya. G 0idak memerlukan instruksi yang panjang.

12

G ;umlah instruksi per program akan lebih banyak dari 1 alamat. G -iperlukan penyimpanan sementara untuk menyimpan hasil. Instruksi !Ommentar  'O@ E, A E B A S5& E, & E B E  & 'O@ 0, - 0 B 'E 0,  0 B 0  A-- 0, * 0 B 0 7 * -I@ E, 0 E B E 7 0. 

Instruksi 6 alamat Spesifikasi < G 'emerlukan alamat implisit untuk operasi G 'enggunakan register accumulator (A*) dan digunakan pada mesin lama. Instruksi !omentar  9OA- - A* B'E  A* B A*  A-- * A*B A* 7 * S0O E E B A* 9OA- A A* B A S5& & A* B A*  & -8 E A* BA* 7 E S0O E EB A*



Instruksi + (!eterangan isi stack) Spesifikasi < G Seluruh alamat yang digunakan adalah implisit G -igunakan pada organisasi memori, terutama operasi stack  Instruksi komentar 5S3 & & 5S3 A &.A S5& A& (A&) 5S3  (AL&). 5S3 - (A&)..'59 -G (A&).(-G) 5S3 * MA&).(-G).* A-- *7(-G) (A&).(*7-G) -I@ NA&)/(*7(-G) (A&)/(*7(-P

12

BAB II PEN?8?P

0esimpulan  

1.

-apat disimpulan baha instruksi  instruksi mesin mampu mengolah data sebagai implementasi keinginankeinginan kita. 0erdapat kumpulan unit set instruksi yang dapat digolongkan dalam jenis   jenisnya, yaitu < engolahan data (data processing)

12

'eliputi operasioperasi aritmatika dan logika, operasi aritmatika memiliki kemapuna komputasi untuk pengolahan data numrik, sedangkan instruksi logika beroperasi terhadap bitbit, bukannya sebagi bilangan, sehingga insrtuksi ini memiliki kemampuan untuk pengolahan data lain. 2.

erpindahan data ( data moement) &erisi instruksi perpindahan data antar register maupun modul I/O.untuk  dapat diolah oleh *5 maka diperlukan operasioperasi yang bertugas memindahkan data operand yang diperlukan. 3.

enyimpanan data ( data storage) &erisi instruksiinstruksi penyimpanan ke memori, instruksi penyimpanan sangat penting dalam operasi komputasi, karena data tersebut akan digunakan untuk operasi berikutnya, minimal untuk ditampilkan pada layar harus diadakan  penyimpanan alaupun sementara. 4.

*ontrol aliran program ( program flo control) &erisi instruksi pengontrolan operasi dan pencabangan, instruksi ini  berguna untuk pengontrolan status dan mengoperasikan pencabangan ke set instruksi lain.

DA8AR P?S8A0A

Ir,Sinar n m p, Simamora,:++#,Sistem Angka dan epresentasi -ata,MonlineD, (http