Arsitektur Set Instruksi

              

Set Instruksi (Instruction Set atau Instruction Set Architecture (ISA)) 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 register, mode pengalamatan, arsitektur memori, penanganan interupsi, eksepsi, dan operasi I/O eksternalnya (jika ada). ISA merupakan sebuah spesifikasi dari Pullman 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 x86, IA-64, IBM PowerPC, Motorola 68000, Sun SPARC, DEC Alpha, dan lain-lain.

A. JENIS-JENIS INSTRUKSI

1. Data Processing / Pengolahan Data : instruksi- instruksi aritmetika dan logika. Instruksi aritmetika memiliki kemampuan untuk mengolahdata numeric, sedangkan instruksi logika beroperasi pada bit-bit word sebagai bit bukan sebagai bilangan. Operasi-operasi tersebut dilakukan terutama untuk data di register CPU.
2. Data Storage / Penyimpanan Data : instruksi- instruksi memori. Instruksi- instruksi memori diperlukan untuk memindah data yang terdapat di memori dan register.
3. Data Movement / Perpindahan Data : instruksi I/O. Instruksi- instruksi I/O diperlukan untuk memindahkan program dan data ke dalam memori dan mengembalikan hasil komputansi kepada pengguna.
4. Control / Kontrol : instruksi pemeriksaan dan percabangan. Instruksi- instruksi kontrol digunakan untuk memeriksa nilai data, status komputansi dan mencabangkan ke set instruksi lain.

Elemen – Elemen dari Set Instruksi

1. Operation Code (opcode) : menentukan operasi yang akan dilaksanakan.
2. Source Operand Reference : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan.
3. Result Operand Reference : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan.
4. Next Instruction Reference : memberitahu CPU untuk mengambil instruksi berikutnya setelah instruksi yang dijalankan selesai.

Format Instruksi

Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi. Set instruksi didefinisikan juga sebagai suatu aspek dalam arsitektur computer 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 computer. ISA menentukan sifat komputasional computer.
2. Hardware System Architecture (HSA) / arsitektur system hardware, HSA berkaitan dengan subsistem hardware utama computer (CPU, system memori dan IO). HSA mencakup desain logis dan organisasi arus data dari subsistem.

B. TEKNIK PENGALAMATAN

1. Immediate Addressing

Penjelasan :

• Operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari intsruksi
• Operand sama dengan field alamat
• Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk complement dua
• Bit paling kiri sebagai bit tanda
• Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda digeser ke kiri hingga maksimum word data

Keuntungan : Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand dan menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat

Kekurangan : Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field

Contoh : ADD 7 yaitu tambahkan 7 pada akumulator

2. Direct Addressing

Penjelasan :

• Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer kecil
• Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus

Kelebihan : Field alamat berisi efektif address sebuah operand

Kekurangan : Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word

Contoh : ADD A yaitu tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator

3. Indirect Addressing

Penjelasan :

• Merupakan mode pengalamatan tak langsung
• Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilirannya akan berisi alamat operand yang panjang

Kelebihan : Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi

Kekurangan : Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat proses operasi

Contoh : ADD (A) yaitu tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator

4. Register Addressing

Penjelasan :

• Metode pengalamatan register mirip dengan mode pengalamatan langsung
• Perbedaanya terletak pada field alamat yang mengacu pada register, bukan pada memori utama
• Field yang mereferensi register memiliki panjang 3 atau 4 bit, sehingga dapat mereferensi 8 atau 16 register general purpose

Keuntungan : Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori dan akses ke register lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat

Kerugian : Ruang alamat menjadi terbatas

5. Register Indirect Addressing

Penjelasan :

• 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

6. Displacement Addressing

Penjelasan :

• Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung
• Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit
• Operand berada pada alamat A ditambahkan isi register
• Tiga model displacement :-Relative addressing : 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.
• Base register addressing : register yang direferensi berisi sebuah alamat memori dan field alamat berisi perpindahan dari alamat itu :-Referensi register dapat eksplisit maupun implisit-Memanfaatkan konsep lokalitas memori
• Indexing  : field alamat mereferensi alamat memori utama, dan register yang direferensikan berisi pemindahan positif dari alamat tersebut

Contoh : Field eksplisit bernilai A dan field imlisit mengarah pada register

7. Stack addressing

Penjelasan :

• Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-firs-out
• Stack merupakan blok lokasi yang terbaik
• Btir ditambahkan ke puncak stack sehingga setiap blok akan terisi secara parsial
• Yang berkaitan dengan stack adalah pointer yang nilainya merupakan alamat bagian paling atas stack
• Dua elemen teratas stack dapat berada di dalam register CPU, yang dalam hal ini stack pointer mereferensi ke elemen ketiga stack
• Stack pointer tetap berada dalam register
• Dengan demikian, referensi-referensi ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya merupakan pengalamatan register tidak langsung

C. DESAIN SET INSTRUKSI

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangatkomplek 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 opera siapa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya
2. Data Types

Tipe/jenis data yang dapat diolah

• Instruction Format, Panjangnya, banyaknya alamat,dsb.
• Register, Banyaknya register yang dapat digunakan
• Addressing, Mode pengalamatan untuk operand

Daftar Pustaka:

http://irfan-abet.blogspot.com/2015/01/arsitektur-set-instruksi.html

http://setia.lecturer.pens.ac.id/Modul/ArKom/Pertemuan%2004.pdf

Organisasi Komputer Dasar

Organisasi Komputer Dasar

Pada dasarnya komputer adalah perangkat elektronika yang memanipulasi informasi atau data. Komputer mampu menyimpan, mengambil, dan mengolah data. Komputer berasal dari kata latin yaitu computare yang artinya menghitung. Jadi, secara bahasa komputer didefinisikan sebagai alat yang melakukan proses penghitungan aritmatika. Kita semua mungkin pernah menggunakan komputer untuk mengetik sebuah dokumen, mengirim pesan email, bermain game, menonton video dan banyak lagi hal yang bisa kita lakukan dengan komputer.

Untuk mengoperasikan sebuah komputer, terdapat 3 komponen utama yang harus dipenuhi. Ketiga komponen ini memiliki peran yang sangat penting. Jika ada satu saja komponen yang tidak ada. Maka sebuah komputer tidak akan bisa dioperasikan. Dengan kata lain, ketiga komponen ini tidak bisa dipisahkan satu sama lain dan memiliki peran yang mengikat. Ketiga komponen yang dimaksud adalah perangkat keras (hardware), perangkat lunak (software) dan pengguna (brainware).

Perangkat keras adalah segala komponen komputer yang sifatnya dapat dilihat secara kasat mata dan bisa disentuh secara langsung. Dengan kata lain, perangkat keras adalah komponen yang memiliki bentuk nyata. Sebuah perangkat keras berfungsi untuk mendukung segala proses dalam komputerisasi dan bekerja sesuai perintah yang sudah ditentukan oleh penggunanya.  Contoh perangkat keras yang  ada pada komputer seperti CPU, catu daya, memori, motherboard, monitor, casing, mouse, papan ketik, dan pengeras suara. Tentu saja masih banyak lagi perangkat keras yang lain namun hanya bersifat sekunder bahkan sekedar memperindah penampilan komputer.

Jika perangkat keras dapat dilihat langsung dan dapat disentuh, lain hal dengan perangkat lunak. Perangkat lunak hanya bisa dilihat melalui monitor dan tidak dapat disentuh secara langsung. Dengan kata lain perangkat lunak merupakan suatu data yang diprogram serta disimpan secara digital dan tidak berwujud nyata, namun berada dalam komputer. Perangkat lunak juga dapat disebut kumpulan data-data elektronik berupa program atau instruksi yang disimpan dan dikelola oleh komputer.

Sementara itu, brainware atau pengguna adalah orang yang menggunakan atau mengoperasikan sebuah perangkat komputer. Karena komputer hanyalah sebuah perangkat elektronika, maka dibutuhkan seseorang untuk mengoperasikannya. Komputer tidak dapat memprogram dirinya sendiri melainkan ada orang yang memberikan perintah atau program ke dalam komputer tersebut.

a.   Struktur Dasar Komputer

Struktur dasar komputer adalah bagaimana cara mengetahui hubungan dari setiap komponen komputer.  Komputer memiliki 5 struktur utama yang masing-masing memiliki fungsi berbeda namun saling berkaitan. Struktur utama tersebut adalah:

·         Unit masukan (input unit)

·         Unit kontrol (control unit)

·       Unit logika dan aritmatika (logical unit / ALU and arithmetic)

·    Unit penyimpanan (memory unit)

·         Unit keluaran (output unit)

   Control unit dan alu membentuk suatu unit tersendiri yang disebut central processing unit (CPU). Hubungan antar masing-masing unit yang membentuk suatu sistem komputer dapat dilihat pada gambar diatas.

Data diterima melalui perangkat masukan dan dikirim ke memori. Di dalam memori data disimpan dan selanjutnya diproses di ALU. Hasil proses tersebut disimpan kembali di memori sebelum dikeluarkan melalui perangkat keluaran. Kendali dan koordinasi terhadap sistem ini dilakukan oleh unit kontrol. Secara singkat prinsip kerja komputer adalah input à proses à output, yang biasa disingkat dengan IPO. Fungsi utama dari masing-masing unit sebagai berikut:

  I.        Unit masukan

Unit ini berfungsi untuk menerima masukan dari perangkat masukan seperti keyboard, mouse ataupun perangkat lainnya yang kemudian akan diteruskan ke unit penyimpanan.

   II.          Unit kontrol

Berfungsi untuk melaksanakan tugas pengawasan dan pengendalian seluruh sistem komputer. Ia berfungsi seperti pengatur rumah tangga komputer, memutuskan urutan operasi untuk seluruh sistem, membangkitkan dan mengendalikan sinyal-sinyal kontrol untuk menyesuaikan operasi-operasi dan arus data dari bus alamat dan bus data, serta mengendalikan dan menafsirkan sinyal-sinyal kontrol pada bus kontrol  dari sistem komputer. Pengertian mengenai bus dapat dilihat di bagian bawah halaman ini. Control Unit juga bertugas mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada pada sistem komputer. Control unit mengatur kapan alat input menerima data dan kapan data diolah serta kapan ditampilkan pada alat output. Control Unit mengartikan instruksi-instruksi dari program komputer, membawa data dari alat input ke main memori, mengambil data dari main memori untuk diolah. Bila ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau perbandingan logika, unit kontrol mengirim instruksi tersebut ke aritmatika dan logika unit. Hasil dari pengolahan data ini dibawa oleh unit kontrol ke memori utama lagi untuk disimpan. Jadi tugas dari unit kontrol adalah :

·         Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output       

·         Mengambil instruksi-instruksi dari main memory

·         Mengambil data dari main memory kalau diperlukan oleh proses

·         Mengirim instruksi ke aritmaetic and logic unit bila perhitungan aritmatik atau perbandingan logika serta mengawasi kerja aritmatik dan logika

·          Menyimpan hasil proses ke main memori

   III.        Unit logika dan aritmatika (ALU)

ALU merupakan bagian inti dari suatu sistem komputer. Arithmetic And Logic Unit (ALU) Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan operasi aritmatika dengan dasar pertambahan, sedang operasi aritmatika yang lainnya seperti pengurangan, perkalian dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. Sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi aritmatika ini disebut adder.

Tugas lain ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika, yaitu =, <>, <, >, <+, >=. ALU juga sering disebut mesin bahasa karena ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit aritmetika dan unit logika boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.

  IV.        Unit penyimpanan

Unit ini berfungsi untuk menampung data/program yang diterima dari unit masukan sebelum diolah oleh CPU dan juga menerima data setelah diolah oleh CPU yang selanjutnya diteruskan ke unit keluaran. Pada suatu sistem komputer terdapat dua macam memori, yang penamaannya tergantung pada apakah alat tersebut hanya dapat membaca atau dapat membaca dan menulis padanya. Bagian memori yang hanya dapat membaca tanpa bisa menulis padanya disebut ROM (Read Only Memory), sedangkan bagian memori yang dapat melaksanakan membaca dan menulis disebut RAM (Random Access Memory

   V.        Unit keluaran

Unit ini berfungsi untuk menampilkan data hasil pengolahan dari CPU melalui memori. Data yang ditampilkan oleh unit ini adalah data yang telah diproses dan disimpan. Contoh unit keluaran adalah monitor, pengeras suara, printer dan lain-lain

b.  Organisasi Komputer Dasar

Organisasi komputer adalah bagian yang berkaitan dengan unit operasional dan interkoneksi antara komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturnya. Contoh aspek organisasional adalah teknologi perangkat keras, perangkat lunak, teknologi penyimpanan dan sinyal kontrol.

CPU mengendalikan urutan dari semua pertukaran informasi dalam komputer dan dengan dunia luar melalui input output. Sedangkan unit memori yang terdiri dari sejumlah besar lokasi yang menyimpan program dan data yang sedang aktif digunakan CPY. Ketiga unit tersebut dihubungkan dengan berbagai macam bus






daftar pustaka: 
https://edu.gcfglobal.org/en/computer-basics-(bahasa-indonesia)/apa-itu-komputer/1/
https://www.maxmanroe.com/vid/teknologi/pengertian-software.html
https://www.maxmanroe.com/vid/teknologi/pengertian-brainware.html

Evolusi Arsitektur Komputer

Evolusi Arsitektur Komputer

Arsitektur komputer merupakan suatu konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer. Secara lengkapnya arsitektur komputer merupakan ilmu tentang tata cara interkoneksi diantara berbagai jenis komponen perangkat keras atau hardware supaya dapat menghasilkan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja, dan target biayanya.

Arsitektur dari komputer sendiri merupakan suatu susunan atau rancangan dari komputer tersebut sehingga membentuk suatu kesatuan yang dinamakan komputer. Komputer sendiri berevolusi dengan cepat mulai dari generasi pertama hingga sekarang. Evolusi sendiri didasarkan pada fungsi atau kegunaanya dalam kehidupan. Evolusi pada komputer sendiri ada karena keinginan atau hal yang dibutuhkan manusia itu sendiri. Sekarang ini komputer sudah dapat melakaukan perintah yang sulit sekalipun tidak seperti dulu yang hanya bisa melakukan yang sederhana saja. Itulah yang dinamakan evolusi arsitektur yaitu perubahan bentuk juga fungsi dan kemampuannya.

• ·         Arsitektur Von Neumann

Adalah arsitektur komputer yang namanya diambil dari nama penciptanya yaitu John Von Neumann (1903 - 1957). Arsitektur ini sangat populer karena hampir semua komputer di dunia sampai saat ini masih menggunakan arsitektur Von Neumman ini. Keunggulan dari arsitektur Von Neumman ini adalah penggunaan unit pemrosesan sentral (CPU) yang memungkinkan seluruh fungsi komputer dapat dikendalikan melalui satu sumber tunggal.

Gambar Konstruksi Arsitektur Komputer Von Neumman

 Dari gambar diatas terlihat bahwa arsitektur Von Neumman terdiri dari beberapa bagian yaitu:

1. Memory

    Merupakan bagian yang digunakan untuk menyimpan data maupun instruksi.

2. Unit Kontrol

    Merupakan pusat dari kontrol dan pemrosesan data dan instruksi pada komputer. Unit kontrol ini bisa disebut sebagai prosesor.

3. ALU (Arithmetic Logic Unit )

    Adalah unit yang berfungsi untuk melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) dan logika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU ini menjalankan operasi matematika seperti operasi penambahan, pengurangan, dan operasi - operasi sederhana lainnya pada inputnya dan memberikan hasil operasi tersebut ke register outputnya.

4. I/O

    Merupakan bagian yang mengatur input dan output pada registernya masing - masing.

5. Register

    Merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses yang cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan instruksi yang sedang diproses sementara data dan instruksi lainnya yang menunggu giliran untuk diproses masih disimpan di memori utama.

6. Bus

    Adalah penghubung antara semua komponen CPU yang berupa sekumpulan kabel - kabel paralel untuk mentransmisikan alamat (address), data, dan sinyal kontrol. 

• Arsitektur Harvard

Adalah arsitektur komputer dengan jalur penyimpanan dan sinyal terpisah untuk instruksi dan data. Hal ini kontras dengan arsitektur Von Neumman, dimana instruksi dan data program berbagi memori dan jalur yang sama. Karena jalur data dan alamatnya terpisah maka tidak diperlukan multiplexing alamat dan bus data. Arsitektur ini tidak hanya didukung dengan bus paralalel untuk alamat dan data, tetapi juga menyediakan organisasi internal yang berbeda sedemikian rupa instruksi dapat diambil dan dikodekan ketika data sedang diambil dan dioperasikan.

• Arsitektur RISC

RISC (Reduced Instruction Set Computer) adalah sebuah arsitektur dari set instruksi komputer dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memori, operasi aritmatika, dan penyimpanan kedalam memory, semuanya sekaligus dalam sebuah instruksi. Arsitektur RISC ini pertama kali digagas oleh John Cocke, peneliti dari IBM di Yorktown, New York pada tahun 1974 saat ia membuktikan bahwa sekitar 20% instruksi pada sebuah prosesor ternyata menangani sekitar 80% dari keseluruhan kerjanya. Komputer pertama yang menggunakan konsep RISC ini adalah IBM PC/XT pada era 1980-an. Selain digunakan dalam komputer vektor, desain ini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada beberapa mikroprosesor Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha AXP dari DEC, R4x00 dari MIPS Corporation, PowerPC dan Arsitektur POWER dari International Business Machine. Selain itu, RISC juga umum dipakai pada Advanced RISC Machine (ARM) dan StrongARM (termasuk di antaranya adalah Intel XScale), SPARC dan UltraSPARC dari Sun Microsystems, serta PA-RISC dari Hewlett-Packard.

•  Arsitektur CISC

Complex Instruction Set - Computing atau kumpulan instruksi komputasi kompleks (CISC) adalah sebuah arsitektur dari set instruksi komputer di mana setiap instruksi akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memori, operasi aritmetika, dan penyimpanan ke dalam memory, semuanya sekaligus hanya di dalam sebuah instruksi. Karakteristik CISC dapat dikatakan bertolak-belakang dengan RISC. 

Karakteristik CISC 

- Karena penuh dengan infomarsi CISC ini memberikan keuntungan dimana ukuran - ukuran program yang dihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Karena adanya CISC inilah biaya pembuatan komputer pada tahun 1960 menjadi jauh lebih hemat. 

- Mampu meminimumkan jumlah perintah yang diperlukan untuk mengerjakan pekerjaan yang diberikan. Konsep CISC ini membuat mesin mudah untuk diprogram dalam bahasa rakitan 


sumber: https://sumberbelajarangga.wordpress.com/2012/12/10/arsitektur-komputer/