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 registermode pengalamatanarsitektur memori, penanganan interupsieksepsi, dan operasi I/O eksternalnya (jika ada).

ISA merupakan sebuah spesifikasi dari kumpulan semua kode-kode biner (opcode) yang diimplementasikan dalam bentuk aslinya (native form) dalam sebuah desain prosesor tertentu. Kumpulan opcode tersebut, umumnya disebut sebagai bahasa mesin (machine language) untuk ISA yang bersangkutan. ISA yang populer digunakan adalah set instruksi untuk chip Intel x86IA-64IBM PowerPCMotorola 68000Sun SPARCDEC Alpha, dan lain-lain.

ISA kadang-kadang digunakan untuk membedakan kumpulan karakteristik yang disebut di atas dengan mikroarsitektur prosesor, yang merupakan kumpulan teknik desain prosesor untuk mengimplementasikan set instruksi (mencakup microcodepipelinesistem cachemanajemen daya, dan lainnya). Komputer-komputer dengan mikroarsitektur berbeda dapat saling berbagi set instruksi yang sama. Sebagai contoh, prosesor Intel Pentium dan prosesor AMD Athlon mengimplementasikan versi yang hampir identik dari set instruksi Intel x86, tetapi jika ditinjau dari desain internalnya, perbedaannya sangat radikal. Konsep ini dapat diperluas untuk ISA-ISA yang unik seperti TIMI yang terdapat dalam IBM System/38 dan IBM IAS/400. TIMI merupakan sebuah ISA yang diimplementasikan sebagai perangkat lunak level rendah yang berfungsi sebagai mesin virtual. TIMI didesain untuk meningkatkan masa hidup sebuah platform dan aplikasi yang ditulis untuknya, sehingga mengizinkan platform tersebut agar dapat dipindahkan ke perangkat keras yang sama sekali berbeda tanpa harus memodifikasi perangkat lunak (kecuali yang berkaitan dengan TIMI). Hal ini membuat IBM dapat memindahkan platform AS/400 dari arsitektur mikroprosesor CISC ke arsitektur mikroprosesor POWER tanpa harus menulis ulang bagian-bagian dari dalam sistem operasi atau perangkat lunak yang diasosiasikan dengannya.

Ketika mendesain mikroarsitektur, para desainer menggunakan Register Transfer Language (RTL) untuk mendefinisikan operasi dari setiap instruksi yang terdapat dalam ISA.

Sebuah ISA juga dapat diemulasikan dalam bentuk perangkat lunak oleh sebuah interpreter. Karena terjadi translasi tambahan yang dibutuhkan untuk melakukan emulasi, hal ini memang menjadikannya lebih lambat jika dibandingkan dengan menjalankan program secara langsung di atas perangkat keras yang mengimplementasikan ISA tersebut. Akhir-akhir ini, banyak vendor ISA atau mikroarsitektur yang baru membuat perangkat lunak emulator yang dapat digunakan oleh para pengembang perangkat lunak sebelum implementasi dalam bentuk perangkat keras dirilis oleh vendor.

1.         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:

  • Main or Virtual Memory
  • CPU Register
  •  I/O Device

2.         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:

a)         Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya

b)        Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah  Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dsb.

c)         Register: Banyaknya register yang dapat digunakan.

d)        Addressing: Mode pengalamatan untuk operand.

3.         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).

 

Format instruksi berdasarkan jumlah alamat:

  1. Menggunakan 3 alamat

Bentuk umum: [OPCODE] [AH], [AO1], [AO2]

Satu alamat hasil, dua alamat operand

Misal:    SUB Y, A, B

Bentuk algoritmik: Y à A – B

Arti: Kurangkan isi Reg A dengan isi Reg B, kemudian simpan hasilnya di Reg Y.

Kelebihan dan kekurangan :

  • Bentuk ini tidak umum digunakan di komputer.
  • Mengoperasikan banyak register sekaligus, perlu word yang panjang.
  • Program lebih pendek.

2. Menggunakan 2 alamat

Bentuk umum: [OPCODE] [AH], [AO]

Satu alamat hasil merangkap operand, satu alamat operand

Misal :   SUB Y, B

Bentuk algoritmik: Y à Y – B

Arti: Kurangkan isi Reg Y dengan isi Reg B, kemudian simpan hasilnya di Reg Y.

Kelebihan dan kekurangan :

  • Bentuk ini masih digunakan di komputer sekarang.
  • Mengoperasikan lebih sedikit register, tapi panjang program tidak bertambah terlalu banyak.
  • Instruksi lebih pendek.
  • Diperlukan kerja ekstra.
  • Temporary storage untuk menyimpan beberapa hasil operasi.

3. Menggunakan 1 alamat:

Bentuk umum: [OPCODE] [AO]

Satu alamat operand, hasil disimpan di accumulator

Misal :   SUB B

Bentuk algoritmik: AC ß AC – B

Arti: Kurangkan isi Acc. dengan isi Reg B, kemudian simpan hasilnya di Acc.

Kelebihan dan kekurangan :

  • Bentuk ini digunakan di komputer jaman dahulu.
  • Hanya mengoperasikan satu register, tapi program menjadi bertambah panjang.

4. Menggunakan 0 alamat:

Bentuk umum: [OPCODE] [O]

Semua alamat operand implisit, disimpan dalam bentuk stack. Operasi yang biasanya  2 operand, akan mengambil isi stack paling atas dan di bawahnya.

Misal :   SUB

Bentuk algoritmik: S[top] à S[top-1] – S[top]

Arti: Kurangkan isi Stack no.2 dari atas dengan isi Stack paling atas,kemudian

simpan hasilnya di Stack paling atas

Ada instruksi khusus Stack: PUSH dan POP

Hal yang harus dipertimbangkan dalam penggunaan jumlah alamat:

  1. Addres banyak
  • Instruksi semakin kompleks.
  • Membutuhkan banyak register.
  • Program lebih pendek.
  • Kecepatan waktu untuk eksekusi perintah akan berkurang (proses menjadi lambat).

2.  Addres sedikit

  • Instruksi lebih sederhana.
  • Eksekusi lebih cepat.

4.         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

5.         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

6.         TRANSFER DATA

Yang dimaksud dengan transfer data adalah :

  1. Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.
  2. Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack.
  3. Menetapkan panjang data yang dipindahkan.
  4. Menetapkan mode pengalamatan.

Tindakan CPU untuk melakukan transfer data adalah :

  1. Memindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain.
  2. 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.

7.         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
  2. SUBTRACT : pengurangan
  3. MULTIPLY : perkalian
  4. DIVIDE : pembagian
  5. ABSOLUTE : pemberian nilai positif
  6. NEGATIVE : pemberian nilai negatif
  7. DECREMENT : pengurangan 1 bit
  8. INCREMENT : penambahan 1 bit

Point e sampai h merupakan instruksi operand tunggal.

8.         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.

9.         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 berdasrkan tabel korespodensi.
  2. CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.

10.     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.

11.     TRANSFER CONTROL

Tindakan CPU untuk transfer control adalah mengupdate program counter untuk subrutin , call

atau 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 danmemuat 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.

12.     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.

13.     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 menyimpancoperand dan hasilnya).

14.   Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang dispesifikasikan

  1. Memori To Register Instruction
  2. Memori To Memori Instruction
  3. Register To Register Instruction

15.     ADDRESSING MODES

Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalamatan) yang paling umum:

  1. Immediate
  2. Direct
  3. Indirect
  4. Register
  5. Register Indirect
  6. Displacement
  7. Stack

 

Sumber :

http://amiftara309.blogspot.com/2012/11/set-instruksi-dan-mode-pengalamatan.html

http://danang-dancil.blogspot.com/2012/11/instruksi-dan-mode-pengalamatan-pada.html

http://mfirdausagung.blogspot.com/2010/01/set-instruksi.html