tugas: ARSITEKTUR SET INTRUKSI

ARSITEKTUR SET INTRUKSI

1.Pengertian
Sebuah set instruksi, atau instruksi arsitektur set (ISA), adalah bagian dari arsitektur komputer yang berkaitan dengan pemrograman , termasuk asli jenis data , instruksi, register , mode pengalamatan , arsitektur memori , interupsi dan exception handling , dan eksternal I / O . ISA mencakup spesifikasi dari himpunan opkode ( bahasa mesin ), dan perintah-perintah asli diimplementasikan oleh prosesor tertentu.

Arsitektur set instruksi dibedakan dari mikroarsitektur , yang merupakan seperangkat teknik desain prosesor yang digunakan untuk mengimplementasikan set instruksi. Komputer dengan microarchitectures berbeda dapat berbagi set instruksi yang sama. Sebagai contoh, Intel Pentium dan AMD Athlon mengimplementasikan versi yang hampir identik dari x86 set instruksi, namun memiliki desain internal yang sangat berbeda.

Beberapa mesin virtual yang mendukung bytecode untuk Smalltalk , yang mesin virtual Java , dan Microsoft Common Language Runtime mesin virtual karena ISA mereka menerapkannya dengan menerjemahkan bytecode untuk jalur kode yang umum digunakan ke dalam kode mesin asli, dan melaksanakan jalur kode kurang-sering digunakan oleh interpretasi; Transmeta menerapkan instruksi x86 ditetapkan atas VLIW prosesor dengan cara yang sama.

1.1 Jenis Intruksi :

1.1.1 Data

Dalam pemrograman komputer , tipe data adalah klasifikasi mengidentifikasi satu dari berbagai jenis data, seperti floating-point , bilangan bulat , atau Boolean , yang menentukan nilai yang mungkin untuk jenis itu; operasi yang dapat dilakukan pada nilai-nilai dari tipe tersebut; arti dari data, dan nilai-nilai cara jenis yang dapat disimpan. ^[1] ^[2] Jenis data yang digunakan dalam sistem tipe , yang menawarkan berbagai cara untuk mendefinisikan, menerapkan dan menggunakan mereka. Sistem tipe yang berbeda memastikan berbagai tingkat keselamatan jenis . Secara formal, ketik dapat didefinisikan sebagai ".. setiap properti dari sebuah program kita dapat menentukan tanpa menjalankan program.

1.1.2 Input dan Output

Dalam komputasi , input / output, atau I / O, mengacu pada komunikasi antara sistem pengolahan informasi (seperti komputer ), dan dunia luar, mungkin seorang manusia, atau lain sistem pengolahan informasi. Masukan adalah sinyal atau data yang diterima oleh sistem, dan output adalah sinyal atau data yang dikirim dari itu. Istilah ini juga dapat digunakan sebagai bagian dari suatu tindakan, untuk "melakukan I / O" adalah untuk melakukan operasi input atau output yang . I / O device yang digunakan oleh orang (atau sistem lainnya) untuk berkomunikasi dengan komputer.Misalnya, Keyboard atau Mouse mungkin merupakan perangkat input untuk komputer, sementara monitor dan printer dianggap perangkat output untuk sebuah komputer. Perangkat untuk komunikasi antar komputer, seperti modem dan kartu jaringan , biasanya melayani untuk kedua input dan output.

Perhatikan bahwa penunjukan perangkat baik sebagai input atau output tergantung pada perspektif. Mouse dan keyboard ambil sebagai masukan gerakan fisik yang output pengguna manusia dan mengubahnya menjadi sinyal bahwa komputer dapat mengerti. Output dari perangkat ini adalah masukan untuk komputer. Demikian pula, printer dan monitor ambil sebagai masukan sinyal bahwa output komputer. Mereka kemudian mengkonversi sinyal-sinyal ke representasi bahwa pengguna manusia dapat melihat atau membaca. Untuk pengguna manusia proses membaca atau melihat representasi ini adalah menerima masukan. Ini interaksi antara komputer dan manusia dipelajari dalam bidang yang disebut interaksi manusia-komputer .

Dalam arsitektur komputer, kombinasi dari CPU dan memori utama (memori yaitu bahwa CPU dapat membaca dan menulis secara langsung, dengan individu instruksi ) dianggap sebagai otak dari komputer, dan dari sudut pandang setiap transfer informasi dari atau ke kombinasi yang, misalnya untuk atau dari disk drive , dianggap I / O. CPU dan sirkuit pendukungnya menyediakan memori-dipetakan I / O yang digunakan dalam tingkat rendah pemrograman komputer dalam pelaksanaan driver perangkat . Sebuah algoritma I / O adalah salah satu dirancang untuk mengeksploitasi lokalitas dan melakukan efisien ketika data berada pada penyimpanan sekunder, seperti disk drive.

1.1.3 Logika

Logika merupakan suatu perintah atau intruksi pada komputer, yang berfungsi untuk menjalankan suatu program. Dalam logika komputer terdapat gerbang logika untuk menjalankannya. Gerbang logika atau gerbang logik adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik. Gerbang logika terutama diimplementasikan secara elektronis menggunakan dioda atau transistor, akan tetapi dapat pula dibangun menggunakan susunan komponen-komponen yang memanfaatkan sifat-sifat elektromagnetik (relay), cairan, optik dan bahkan mekanik.

1.1.4 Aritmatika

Aritmetika (kadang salah dieja sebagai aritmatika) (dari kata bahasa Yunani αριθμός - arithnos = angka) atau dulu disebut ilmu hitung merupakan cabang (atau pendahulu) matematika yang mempelajari operasi dasar bilangan. Oleh orang awam, kata "aritmetika" sering dianggap sebagai sinonim dari teori bilangan. Silakan lihat angka untuk mengetahui lebih dalam tentang teori bilangan.

Operasi dasar aritmetika adalah penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian, walaupun operasi-operasi lain yang lebih canggih (seperti persentase, akar kuadrat, pemangkatan, dan logaritma) kadang juga dimasukkan ke dalam kategori ini. Perhitungan dalam aritmetika dilakukan menurut suatu urutan operasi yang menentukan operasi aritmetika yang mana lebih dulu dilakukan.

Aritmetika bilangan asli, bilangan bulat, bilangan rasional, dan bilangan real umumnya dipelajari oleh anak sekolah, yang mempelajari algoritma manual aritmetika. Namun demikian, banyak orang yang lebih suka menggunakan alat-alat seperti kalkulator,komputer, atau sempoa untuk melakukan perhitungan aritmetika.Perkembangan terakhir di Indonesia berkembang mempelajari aritmetika dengan bantuan metoda jarimatika, yakni menggunakan jari-jari tangan untuk melakukan operasi kali-bagi-tambah-kurang.

1.2 Teknik Pengalamatan

Teknik pengalamatan merupakan aspek dari arsitektur set instruksi di sebagian unit pemrosesan sentral (CPU) desain. Teknik pengalamatan berbagai didefinisikan dalam sebuah arsitektur set instruksi yang diberikan menentukan bagaimana bahasa mesin instruksi dalam arsitektur yang mengidentifikasi operan (operand atau) dari setiap instruksi. Sebuah mode pengalamatan menentukan bagaimana menghitung alamat memori efektif operand dengan menggunakan informasi yang diadakan di register dan / atau konstanta yang terkandung dalam instruksi mesin atau tempat lain. Dalam pemrograman komputer , mode pengalamatan terutama menarik bagi kompilator penulis dan mereka yang menulis kode secara langsung dalam bahasa assembly .

1.2.1 Imnediate/Teknik Pengalamatan Bit

Teknik pengalamatan bit adalah penunjukkan alamat lokasi bit baik dalam RAM internal atau perangkat keras. Untuk melakukan pengalamatan bit digunakan simbol titik (.). immediate addressing sangat umum dipakai karena harga yang akan disimpan dalam memori langsung mengikuti kode operasi dalam memori. Dengan kata lain, tidak diperlukan pengambilan harga dari alamat lain untuk disimpan. Contohnya: MOV A,#20h. Dalam instruksi tersebut, akumulator akan diisi dengan harga yang langsung mengikutinya, dalam hal ini 20h. Mode ini sangatlah cepat karena harga yang dipakai langsung tersedia.

1.2.2 Register

Dalam arsitektur komputer , sebuah register prosesor adalah sejumlah kecil penyimpanan tersedia sebagai bagian dari CPU atau prosesor digital lainnya. Register tersebut (biasanya) ditangani oleh mekanisme lain selain memori utama dan dapat diakses lebih cepat. Hampir semua komputer, beban-toko arsitektur atau tidak, memuat data dari memori yang lebih besar ke register di mana ia digunakan untuk aritmatika, dimanipulasi, atau diuji, oleh beberapa instruksi mesin . Data dimanipulasi kemudian sering disimpan kembali di memori utama, baik dengan instruksi yang sama atau yang berikutnya. Prosesor modern menggunakan baik RAM statis atau RAM dinamis sebagai memori utama, yang terakhir seringkali implisit diakses melalui satu atau lebih cache-tingkat . Sebuah properti umum dari program komputer adalah lokalitas referensi : nilai-nilai yang sama sering diakses berulang kali dan sering digunakan nilai-nilai yang diadakan di register meningkatkan kinerja. Inilah yang membuat register cepat (dan cache) bermakna.

Register prosesor biasanya di bagian atas hirarki memori , dan menyediakan cara tercepat untuk mengakses data. Istilah ini biasanya mengacu hanya kepada kelompok register yang dikodekan secara langsung sebagai bagian dari instruksi, seperti yang didefinisikan oleh set instruksi . Namun, modern CPU kinerja tinggi sering memiliki duplikat dari "register arsitektur" dalam rangka meningkatkan kinerja melalui penggantian nama mendaftar , memungkinkan paralel dan eksekusi spekulatif . Modern x86 mungkin adalah contoh paling terkenal dari teknik ini.

Mengalokasikan variabel yang sering digunakan untuk register dapat penting untuk kinerja sebuah program. Ini alokasi register baik dilakukan oleh kompilator , dalam generasi kode fase, atau secara manual, oleh bahasa assembly programmer.

1.2.3 Direct

Dalam mode pengalamatan direct addressing, harga yang akan dipakai diambil langsung dalam alamat memori lain. Contohnya: MOV A,30h. Dalam instruksi ini akan dibaca data dari RAM internal dengan alamat 30h dan kemudian disimpan dalam akumulator. Mode pengalamatan ini cukup cepat, meskipun harga yang didapat tidak langsung seperti immediate, namun cukup cepat karena disimpan dalam RAM internal. Demikian pula akan lebih mudah menggunakan mode ini daripada mode immediate karena harga yang didapat bisa dari lokasi memori yang mungkin variabel.

1.2.4 Indirect

Mode pengalamatan indirect addressing sangat berguna karena dapat memberikan fleksibilitas tinggi dalam mengalamati suatu harga. Mode ini pula satu-satunya cara untuk mengakses 128 byte lebih dari RAM internal pada keluarga 8052. Contoh: MOV A,@R0. Dalam instruksi tersebut, 89C51 akan mengambil harga yang berada pada alamat memori yang ditunjukkan oleh isi dari R0 dan kemudian mengisikannya ke akumulator.

1.3 Desain Set Intruksi

Desain set instruksi merupakan masalah yang kompleks. Ada dua tahap dalam sejarah untuk mikroprosesor. Yang pertama adalah CISC (Complex Instruction Set Computer) yang memiliki banyak instruksi yang berbeda. Pada 1970-an, bagaimanapun, tempat-tempat seperti IBM melakukan penelitian dan menemukan bahwa banyak instruksi dalam mengatur bisa dihilangkan. Hasilnya adalah RISC (Reduced Instruction Set Computer), sebuah arsitektur yang menggunakan satu set instruksi yang lebih kecil. Sebuah set instruksi sederhana mungkin menawarkan potensi untuk kecepatan tinggi, ukuran prosesor berkurang, dan mengurangi konsumsi daya. Namun, yang lebih kompleks dapat mengoptimalkan operasi umum, meningkatkan memori / cache yang efisiensi, atau menyederhanakan pemrograman.

Beberapa set instruksi desainer cadangan satu atau lebih opcode untuk beberapa jenis system call atau software interrupt Misalnya, MOS Technology 6502 menggunakan 00 _H, Zilog Z80menggunakan delapan kode C7, CF, D7, DF, E7, EF, F7, FF _H sedangkan Motorola 68000 kode digunakan dalam kisaran A000 .. AFFF _H.

Mesin virtual cepat adalah jauh lebih mudah untuk mengimplementasikan set instruksi jika memenuhi Popek dan persyaratan virtualisasi Goldberg . Para geser NOP digunakan dalam Pemrograman Imunitas Sadar jauh lebih mudah untuk menerapkan jika "unprogrammed" negara memori ditafsirkan sebagai NOP .

Pada sistem dengan prosesor ganda, non-blocking sinkronisasi algoritma yang lebih mudah untuk mengimplementasikan set instruksi jika termasuk dukungan untuk sesuatu seperti "fetch-kenaikan dan-" atau "beban terkait / kondisional toko (LL / SC)" atau "atom membandingkan dan Swap ".

2. CPU

Unit Pemroses Sentral (UPS) (bahasa Inggris: Central Processing Unit; CPU), merujuk kepada perangkat keras komputer yang memahami dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak. Istilah lain, pemroses/prosesor (processor), sering digunakan untuk menyebut UPS. Adapun mikroprosesor adalah UPS yang diproduksi dalam sirkuit terpadu, seringkali dalam sebuah paketsirkuit terpadu-tunggal. Sejak pertengahan tahun 1970-an, mikroprosesor sirkuit terpadu-tunggal ini telah umum digunakan dan menjadi aspek penting dalam penerapan UPS.

2.1 Sistem bus

System bus atau bus sistem, dalam arsitektur komputer merujuk pada bus yang digunakan oleh sistem komputer untuk menghubungkan semua komponennya dalam menjalankan tugasnya. Sebuah bus adalah sebutan untuk jalur di mana data dapat mengalir dalam komputer. Jalur-jalur ini digunakan untuk komunikasi dan dapat dibuat antara dua elemen atau lebih. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi oleh CPU melalui perantara sistem bus.

Sebuah komputer memiliki beberapa bus, agar dapat berjalan. Banyaknya bus yang terdapat dalam sistem, tergantung dari arsitektur sistem komputer yang digunakan. Sebagai contoh, sebuah komputer PC dengan prosesor umumnya Intel Pentium 4 memiliki bus prosesor (Front-Side Bus), bus AGP, bus PCI, bus USB, bus ISA (yang digunakan oleh keyboard dan mouse), dan bus-bus lainnya.

Bus disusun secara hierarkis, karena setiap bus yang memiliki kecepatan rendah akan dihubungkan dengan bus yang memiliki kecepatan tinggi. Setiap perangkat di dalam sistem juga dihubungkan ke salah satu bus yang ada. Sebagai contoh, kartu grafis AGP akan dihubungkan ke bus AGP. Beberapa perangkat lainnya (utamanya chipset atau kontrolir) akan bertindak sebagai jembatan antara bus-bus yang berbeda. Sebagai contoh, sebuah kontrolir bus SCSI dapat mengubah sebuah bus menjadi bus SCSI, baik itu bus PCI atau bus PCI Express.

Berdasar jenis busnya, bus dapat dibedakan menjadi bus yang khusus menyalurkan data tertentu, contohnya paket data saja, atau alamat saja, jenis ini disebut dedicated bus. Namun apabila bus yang dilalui informasi yang berbeda baik data, alamat, dan sinyal kontrol dengan metode multipleks data maka bus ini disebut multiplexed bus. Kekurangan multiplexed bus adalah hanya memerlukan saluran sedikit sehingga menghemat tempat tapi kecepatan transfer data menurun dan diperlukan mekanisme yang komplek untuk mengurai data yang telah dimultipleks. Sedangkan untuk dedicated bus merupakan kebalikan dari multipexed bus.

2.1.1 Organisasi Bus

Dalam organisasi pada Bus di bagi menjadi dua macam yaitu :

2.1.1.a Jalur Kontrol

- Berisi signal request dan sinyal acknowledgements

- Mengindikasikan tipe informasi pada jalur data.

2.1.1.b Jalur Data

- Membawa informasi antara sumber dan tujuan data

dan alamat dan perintah-perintah kompleks .

2.1.2 Struktur bus dan Tipe Bus

Semua unit yang terhubung ke bus tunggal, sehingga menyediakan satu-satunya cara interkoneksi. Struktur bus tunggal memiliki keunggulan kesederhanaan dan biaya rendah.

Struktur bus tunggal memiliki kelemahan kecepatan terbatas karena biasanya hanya dua unit dapat berpartisipasi dalam transfer data pada satu waktu. Ini berarti bahwa sistem arbitrase diperlukan dan bahwa unit akan dipaksa untuk menunggu. Hanya dua unit secara aktif dapat menggunakan bus pada waktu tertentu. Garis kontrol bus digunakan untuk menengahi beberapa permintaan untuk penggunaan bus.

Sebuah bus adalah kumpulan kabel yang menghubungkan beberapa perangkat dalam sistem komputer.Ketika sebuah kata data ditransfer antara unit, semua bit yang ditransfer secara paralel. Sebuah komputer harus memiliki beberapa baris untuk mengatasi dan tujuan kontrol.

Tiga kelompok utama baris:

1. Data Bus. Ini adalah untuk transmisi data.

2. Alamat Bus. Ini menentukan lokasi data dalam MM.

3.Bus kontrol. Hal ini menunjukkan arah transfer data dan koordinat waktu kejadian selama transfer.

2.2 ALU

ALU, singkatan dari Arithmetic And Logic Unit (bahasa Indonesia: unit aritmatika dan logika), adalah salah satu bagian dalam dari sebuah mikroprosesoryang berfungsi untuk melakukan operasi hitungan aritmatika dan logika. Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. tugas utama dari ALU (Arithmetic And Logic Unit)adalah melakukan semua perhitungan aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan operasi aritmatika yang lainnya. Seperti pengurangan, pengurangan, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. Sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi aritmatika ini disebutadder. ALU melakukan operasi arithmatika dengan dasar pertambahan, sedang operasi arithmatika yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi arithmatika ini disebutadder. Tugas lalin dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika (logical operation) meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika, yaitu:

a. sama dengan (=)

b. tidak sama dengan (<>)

c. kurang dari (<)

d. kurang atau sama dengan dari (<=)

e. lebih besar dari (>)

f. lebih besar atau sama dengan dari (>=) (sumber: Buku Pengenalan Komputer, Hal 154-155, karangan Prof.Dr.Jogiyanto H.M, M.B.A.,Akt.)

2.3 Control Unit (CU)

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).

2.4 Register Prosessor

Register prosesor, dalam arsitektur komputer, adalah sejumlah kecil memori komputer yang bekerja dengan kecepatan sangat tinggi yang digunakan untuk melakukan eksekusi terhadap program-program komputer dengan menyediakan akses yang cepat terhadap nilai-nilai yang umum digunakan. Umumnya nilai-nilai yang umum digunakan adalah nilai yang sedang dieksekusi dalam waktu tertentu.

Register prosesor berdiri pada tingkat tertinggi dalam hierarki memori: ini berarti bahwa kecepatannya adalah yang paling cepat; kapasitasnya adalah paling kecil; dan harga tiap bitnya adalah paling tinggi. Register juga digunakan sebagai cara yang paling cepat dalam sistem komputer untuk melakukan manipulasi data. Register umumnya diukur dengan satuan bit yang dapat ditampung olehnya, seperti "register 8-bit", "register 16-bit", "register 32-bit", atau "register 64-bit" dan lain-lain.

Istilah register saat ini dapat merujuk kepada kumpulan register yang dapat diindeks secara langsung untuk melakukan input/output terhadap sebuah instruksi yang didefinisikan oleh set instruksi. untuk istilah ini, digunakanlah kata "Register Arsitektur". Sebagai contoh set instruksi Intel x86 mendefinisikan sekumpulan delapan buah register dengan ukuran 32-bit, tapi CPU yang mengimplementasikan set instruksi x86 dapat mengandung lebih dari delapan register 32-bit.

2.4.1 Jenis register

§ Register data, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat (integer).

§ Register alamat, yang digunakan untuk menyimpan alamat-alamat memori dan juga untuk mengakses memori.

§ Register general purpose, yang dapat digunakan untuk menyimpan angka dan alamat secara sekaligus.

§ Register floating-point, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka bilangan titik mengambang (floating-point).

§ Register konstanta (constant register), yang digunakan untuk menyimpan angka-angka tetap yang hanya dapat dibaca (bersifat read-only), semacam phi, null, true, false dan lainnya.

§ Register vektor, yang digunakan untuk menyimpan hasil pemrosesan vektor yang dilakukan oleh prosesor SIMD.

§ Register special purpose yang dapat digunakan untuk menyimpan data internal prosesor, seperti halnya instruction pointer, stack pointer, dan status register.

§ Register yang spesifik terhadap model mesin (machine-specific register), dalam beberapa arsitektur tertentu, digunakan untuk menyimpan data atau pengaturan yang berkaitan dengan prosesor itu sendiri. Karena arti dari setiap register langsung dimasukkan ke dalam desain prosesor tertentu saja, mungkin register jenis ini tidak menjadi standar antara generasi prosesor.