Arsitektur Set Instruksi

    Operasi dari CPU ditentukan oleh instruksi-instruksi yang dilaksanakan atau dijalankannya. Instruksi ini sering disebut sebagai instruksi mesin (mechine instructions) atau instruksi komputer (computer instructions). Kumpulan dari instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan oleh CPU disebut set Instruksi (Instruction Set).

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:

1. Main or Virtual Memory
2. CPU Register
3. I/O Device 

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

    -  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 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

• 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

JENIS INSTRUKSI

1. Data processing: Arithmetic dan  Logic Instructions
2. Data storage: Memory instructions
3. Data Movement: I/O instructions
4. 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 :           

         Menetapkan alamat memori.

         Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat

         memori aktual.

         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

ARITHMETIC

Tindakan CPU untuk melakukan operasi arithmetic :

     1. Transfer data sebelum atau sesudah.

     2. Melakukan fungsi dalam ALU.

     3. 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 
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. 

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 berdasarkan 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

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 
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.

  
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) 

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

 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

Sumber : Mata Kuliah Mikroprosesor Bpk. Dr. Joko Purnomo