CLU dan SET REGISTER

CLU (CONTROL LOGIC UNIT)

            Control Unit merupakan bagian yang berfungsi sebagai pengatur dan mengatur dan pengendali semua peralatan computer, Control Unit juga mengatur kapan alat input menerima data, mengolah, dan menampilkan proses serta hasil pengolahan data. Dengan demikian semua perintah dapat dilakukan secara berurutan tanpa adanya tumpang tindih antara satu perintah dengan perintah lainnya.

   CU atau Kontrol Unit merupakan salah satu bagian  CPU, CU bertugas untuk memberikan arahan / kendali / kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut.

              Output dari CU bertugas untuk mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU. Pada 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).  

  Control unit dari sebuah prosesor memiliki 2 peran penting.

1. CU mengatur processor agar melakukan semua micro-operation dalam urutan yang benar.
2. CU menghasilkan control signal yang memastikan supaya semua micro-operation dieksekusi.

Fungsi dari CLU adalah :

1.      Menyimpan proses ke dalam memori

2.      Mengatur I/O

3.      Memberikan instruksi ke pada memori

4.      Mengirim instruksi ke ALU

Jenis – Jenis CU ( Control Unit )

1.       Single-Cycle CU 

               Proses di Single-Cycle CU ini hanya terjadi dalam satu clock cycle, artinya setiap instruksi ada pada satu cycle, maka dari itu tidak memerlukan state. Dengan demikian fungsi boolean masing-masing control line hanya merupakan fungsi dari opcode saja. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis instruksi.

2.      Multi-Cycle CU

Berbeda dengan unit kontrol yang single-cycle, unit kontrol yang multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi. Dengan memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing outputcontrol line dapat ditentukan. Masing-masingnya akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic.

• Memori ( Internal Memory )

• Memori merupakan suatu istilah yang sangat umum dari suatu media yang lain yang di untuk  Menyimpan data atau informasi.
• Berdasarkan letaknya memoro dibagi menjadi dua bagian :
• InternalMemoryDevice
  yaitu memori tempat data atau informasi yang akan segera dipakai oleh CPU untuk diproses.
  Contoh :

- RAM  merupakan tempat menyimpan data sementara pada memori

-  ROM merupakan digunakan untuk menyimpan data secara permanen

    CARA KERJA CONTROL UNIT

Ketika sebuah komputer pertama kali diaktifkan power-nya, maka computer tersebut menjalankan operasi bootstrap. Operasi ini akan membaca sebuah instruksi dari suatu lokasi memory yang telah diketahui sebelumnya dan mentransfer instruksi tersebut ke control unit untuk dieksekusi. Instruksi-intruksi dibaca dari memory dan dieksekusi sesuai dengan urutan penyimpanannya.

REGISTER (SISTEM KOMPUTER)

Register adalah rangkaian banyak flipflop yang digunakan untuk menyimpan data secara biner. biasanya register dibuat sebagai lampu led yang membentuk suatu huruf/gambar secara bit. register adalah prinsip dasar pembuatan media penyimpanan data.

1 buah flip flop dapat memuat 1 bit data

Register adalah rangkaian banyak flip flop yang digunakan untuk menyimpan data. Fungsi register adalah sebagai penyimpanan data dan untuk menghindari berkedipnya angka yang ditunjukkan oleh display (seven segment) pada saat menerima pulsa-pulsa yang diberikan oleh decoder.Sehingga dapat kita ketahui bahwa media penyimpanan data seperti flashdisk atau bahkan memmory dibuat menggunakan register.

Di Dalam register setiap satu flipflop berarti 1 bit data. contoh : apabila kita akan membuat huruf 1 dengan banyak bit 10, maka banyak flipflop yang harus dirangkai adalah sebanyak 10 buah.

Daftar Pustaka

http://dawn-harmony.blogspot.com/2014/11/clu-control-logic-unit.html

https://bang-ilmu.blogspot.com/2014/09/control-unit-pada-cpu.html

TEKNIK PENGALAMATAN DAN SET INTRUKSI

SET INSTRUKSI DAN PENGALAMATAN

          Set instruksi (instruction set) adalah sekumpulan lengkap instruksi yang dapat di mengerti oleh sebuah CPU, set instruksi sering juga disebut sebagai bahasa mesin (machine code), karna aslinya juga berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly, untuk konsumsi manusia (programmer), biasanya digunakan representasi yang lebih mudah dimengerti oleh manusia.
            Sebuah instruksi terdiri dari sebuah opcode, biasanya bersama dengan beberapa informasi tambahan seperti darimana asal operand-operand dan kemana hasil-hasil akan ditempatkan. Subyek umum untuk menspesifikasikan di mana operand-operand berada (yaitu, alamat-alamatnya) disebut pengalamatan
         Pada beberapa mesin, semua instruksi memiliki panjang yang sama, pada mesin-mesin yang lain mungkin terdapat banyak panjang berbeda. Instruksi-instruksi mungkin lebih pendek dari, memiliki panjang yang sama seperti, atau lebih panjang dari panjang word. Membuat semua instruksi memiliki panjang yang sama lebih muda dilakukan dan membuat pengkodean lebih mudah tetapi sering memboroskan ruang, karena semua instruksi dengan demikian harus sama panjang seperti instruksi yang paling panjang.

Di dalam sebuah instruksi terdapat beberapa elemen-elemen instruksi:

1. Operation code (op code)
2. Source operand reference
3. Result operand reference
4. Xext instruction preference

Format instruksi (biner):
Missal instruksi dengan 2 alamat operand : ADD A,B A dan B adalah suatu alamat register.
Beberapa simbolik instruksi:
ADD               : Add (jumlahkan)
SUB                : Subtract (Kurangkan)
MPY/MUL     : Multiply (Kalikan)
DIV                 : Divide (Bagi)
LOAD             : Load data dari register/memory
STOR              : Simpan data ke register/memory
MOVE             : pindahkan data dari satu tempat ke tempat lain
SHR                : shift kanan data
SHL                : shift kiri data .dan lain-lain

Cakupan jenis instruksi:
Data processing           : Aritmetik (ADD, SUB, dsb); Logic (AND, OR, NOT,    SHR, dsb);     konversidata
Data storage (memory)  : Transfer data (STOR, LOAD, MOVE, dsb)
Data movement              : Input dan Output ke modul I/O
Program flow control    : JUMP, HALT, dsb.

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).
OPCODE OPERAND REFERENCE OPERAND REFERENCE 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 

* Data processing: Arithmetic dan Logic Instructions
* Data storage: Memory instructions
* Data Movement: I/O instructions
* 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 :
          1. Menetapkan alamat memori.
          2. Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.
          3. 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 berdasrkan 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


ADDRESSING MODES

Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalamatan) yang paling umum:
* Immediate
* Direct
* Indirect
* Register
* Register Indirect
* Displacement
* Stack

Teknik Pengalamatan
Untuk menyimpan data ke dalam memori komputer, tentu memori tersebut diberi identitas (yang disebut dengan alamat/ address) agar ketika data tersebut diperlukan kembali, komputer bisa mendapatkannya sesuai dengan data yang pernah diletakkan di sana.
Teknik pengalamatan ini hampir sudah tidak diperlukan lagi oleh pemakai komputer saat ini karena hampir seluruh software yang beredar di pasaran tidak mengharuskan si pemakai menentukan di alamat mana datanya akan disimpan (semua sudah otomatis dilakukan oleh si software).
Jadi, yang kita pelajari adalah bagaimana kira-kira si software tersebut melakukan teknik pengalamatannya, sehingga data yang sudah kita berikan dapat disimpan di alamat memori tertentu dan dapat diambil kembali dengan tepat.

Ada tiga teknik dasar untuk pengalamatan, yakni

Pemetaan Langsung
Teknik ini dapat dijuluki dengan device dependent (tergantung pada peralatan rekamnya), artinya, kita tidak dapat begitu saja meng-copy data berkas ini ke komputer lainnya, karena mungkin saja di komputer lainnya itu menggunakan alat rekam yang berbeda spesifikasinya.
Teknik ini juga dapat dijuluki dengan address space dependent (tergantung pada alamat-alamat yang masih kosong), artinya, kita tidak dapat begitu saja meng-copy data berkas ini ke komputer lainnya, karena mungkin saja di komputer lainnya itu alamat-alamat yang dibutuhkan sudah tidak tersedia lagi.

Teknik Pencarian Tabel
Teknik ini dilakukan dengan cara, mengambil seluruh kunci atribut dan alamat memori yang ada dan dimasukkan ke dalam tabel tersendiri. Jadi tabel itu (misal disebut dengan tabel INDEX) hanya berisi kunci atribut (misalkan NIM) yang telah disorting (diurut) dan alamat memorinya.
Pencarian yang dilakukan di tabel INDEX akan lebih cepat dilakukan dengan teknik pencarian melalui binary search (dibagi dua-dua, ada di mata kuliah Struktur dan Organisasi Data 2 kelak) ketimbang dilakukan secara sequential.
Nilai key field (kunci atribut) bersifat address space independent (tidak terpengaruh terhadap perubahan organisasi file-nya), yang berubah hanyalah alamat yang ada di INDEX-nya.

Teknik Kalkulasi Alamat
Perhitungan (kalkulasi) terhadap nilai kunci atribut untuk mendapatkan nilai suatu alamat disebut dengan fungsi hash.
Bisa juga fungsi hash digabungkan dengan teknik pencarian seperti tabel di atas, tetapi akan menjadi lebih lama pengerjaannya dibanding hanya dengan satu jenis saja (fungsi hash saja atau pencarian tabel saja).

Bentuk instruksi:
 Format instruksi 3 alamat
            Mempunyai bentuk umum seperti : [OPCODE][AH],[AO1],[AO2]. Terdiri dari satu alamat hasil, dan dua alamat operand, misal SUB Y,A,B Yang mempunyai arti dalam bentuk algoritmik : Y := A – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg a dengan isi reg B, kemudian simpan hasilnya di reg Y. bentuk bentuk pada format ini tidak umum digunakan di dalam computer, tetapi tidak dimungkinkan ada pengunaanya, dalam peongoprasianya banyak register sekaligus dan program lebih pendek.
Contoh:
A, B, C, D, E, T, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
SUB Y, A, B              Y := A – B
MPY T, D, E               T := D × E
ADD T, T, C               T := T + C
DIV Y, Y, T               Y:= Y / T
Memerlukan 4 operasi

 Format instruksi 2 alamat
      Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AH],[AO]. Terdiri dari satu alamat hasil merangkap operand, satu alamat operand, missal : SUB Y,B yang mempunyai arti dalam algoritmik : Y:= Y – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg Y dengan isi reg B, kemudian simpan hasillnya di reg Y. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer sekarang, untuk mengoprasikan lebih sedikit register, tapi panjang program tidak bertambah terlalu banyak.

Contoh :
A, B, C, D, E, T, Y adalah register
      Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
      MOVE Y, A               Y := A
      SUB Y, B                   Y := Y – B
      MOVE T, D                T := D
      MPY T, E                    T := T × E
      ADD T, C                   T := T + C
      DIV Y, T                    Y:= Y / T
Memerlukan 6 operasi

Format instruksi 1 alamat
      Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AO]. Terdiri dari satu alamat operand, hasil disimpan di accumulator, missal : SUB B yang mempunyai arti dalam algoritmik : AC:= AC – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi Acc dengan isi reg B, kemudian simpan hasillnya di reg Acc. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer jaman dahulu, untuk mengoprasikan di perlukan satu  register, tapi panjang program semakin bertambah.

Contoh :
A, B, C, D, E, Y adalah register
      Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
      LOAD D                    AC := D
      MPY E                       AC := AC × E
      ADD C                       AC := AC + C
      STOR Y                     Y := AC
      LOAD A                    AC := A
      SUB B                        AC := AC – B
      DIV Y                        AC := AC / Y
      STOR Y                      Y := AC
Memerlukan 8 operasi

Format instruksi 0 alamat
        Mempunyai bentuk umum : [OPCODE]. Terdiri dari semua alamat operand implicit, disimpan dalam bentuk stack. Operasi yang biasanya membutuhkan 2 operand, akan mengambil isi stack paling atas dan dibawahnya missal : SUB yang mempunyai arti dalam algoritmik : S[top]:=S[top-1]-S[top] dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi stack no2 dari atas dengan isi stack paling atas, kemudian simpan hasilnya di stack paling atas, untuk mengoprasikan ada beberapa instruksi khusus stack PUSH dan POP.

Contoh :
A, B, C, D, E, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
            PUSH A                      S[top] := A
            PUSH B                      S[top] := B
            SUB                            S[top] := A – B
            PUSH C                      S[top] := C
            PUSH D                      S[top] := D
            PUSH E                      S[top] := E
            MPY                           S[top] := D × E
            ADD                           S[top] := C + S[top]
            DIV                             S[top] := (A – B) /S[top]
            POP Y                         Out := S[top]
Memerlukan 10 operasi

Set instruksi pada CISC:
Berikut ini merupakan karakteristik set instruksi yang digunakan pada beberapa computer yang memiliki arsitektur CISC

Perbandingan set instruksi
Beberapa computer CISC (Complex Instruction Set Computer) menggunakan cara implist dalam menentukan mode addressing pada setiap set instruksinya. Penentuan mode addressing dengan cara implicit memiliki arti bahwa pada set instruksi tidak di ada bagian yang menyatakan tipe dari mode addressing yang digunakan, deklarasi dari mode addressing itu berada menyatu dengan opcode. Lain hal nya dengan cara imsplisit, cara eksplisit sengaja menyediakan tempat pada set instruksi untuk mendeklarasikan tipe mode addressing. Pada cara eksplisit deklarasi opcode dan mode addressing berada terpisah.
Data pada tempat deklarasi mode addressing diperoleh dari logaritma basis dua jumlah mode addressing. Jika deklarasi mode addressing dilakukan secara implicit akan menghemat tempat dalam set instruksi paling tidak satu bit untuk IBM 3090 dan 6 bit untuk MC68040. Perubahan satu bit pada set instruksi akan memberikan jangkauan alamat memori lebih luas mengingat range memori dinyatakan oleh bilangan berpangkat dua.

 
Implementasi hardware
Setiap set instruksi yang berbeda membutuhkan perangkat hardware yang berbeda pula. Hal ini terjadi karena set instruksi yang berbeda menyimpan informasi yang berbeda sehingga dibutuuhkan hardware yang berbeda untuk mengubah set instruksi tersebut ke bentuk sinyal-sinyal control.
Untuk mendapatkan opcode berikutnya prosesor harus mengetahui letak dari opcode tersebut secara pasti pada memory. Karena tipe dari mode addressing sangat mempengaruhi posisi dari operand, maka secara tidak langsung mode addressing mempengaruhi letak opcode selanjutnya. Sehingga dapat disimpulkan kedua cara pendeklarasian mode addressing tersebut turut mempengaruhi arsitektur hardware dari computer.

Pengalamatan
Program biasanya ditulis dalam bahasa tingkat tinggi, yang memunkinkan program untuk menggunakan konstanta, variable local dan global, pointer, dan array. Pada saat mentranslasi program bahsa tingkat tinggi menjadi bahsa assembly, compiler harus mampu mengimplimentasi konstruksi ini menggunakan fasilitas yang disediakan dalam set instruksi computer dimana program akan dijalankan. cara yang berbeda dalam menentukan lokasi suatu operand ditetapkan dalam suatu instruksi yang disebut sebagai mode pengalamatan.

Implementasi variable dan konstanta
Variable dan konstanta adalah tipe data yang paling sederhana dan terdapat dalam hampir setiap program computer. Dalam bahasa assembley, suatu variable dinyatakan dengan mengalokasikan suatu register atau lokasi memori untuk menyimpan nilainya. Sehingga nilai tersebut dapat diubah seperlunya menggunakan instruksi sesuai.

Kita mengakses operand dengan menetapkan nama register atau alamat lokasi memori tempat operand berada. Definisi yang presisi dari dua mode tersebut adalah:
a)      Mode register operand adalah isi register prosesor, nama alamat register dinyatakan dalam instruksi tersebut.
b)       Mode absolute operand adalah lokasi memori, alamat lokasi dinyatakan secara eksplisit didalam instruksi tersebut. (pada bebrapa bahasa assembly, mode ini disebut direct).
c)      Mode immediate operand dinyatakan secara eksplisit dalam instruksi, misalnya, instruksi Move 200 immediete, RO.


Indirection dan pointer
Pada mode pengalamatan berikutnya, instruksi tidak menyatakana operand atau alamatnya secara eksplisit. Sebaliknya, instruksi menyediakan informasi dari nama alamat memori suatu operand dapat ditetapkan. Kita menyebut alamat ini sebagai effective address (EA) suatu operand.
Selain kesederhanaanya yang tampak jelas, pengalamatan indirect melalui memori telah terbukti memiliki keterbatasan pengunaan sebagai mode pengalamatan, dan jarang di gunakan dalam computer modern, pengalamatan indirect melalui register digunakan secara luas. Maka pengalamatan indirect melalui register memungkinkan untuk mengakses variable global dengan terlebih dahulu me-load alamat operand dalam suatu register.

Secara umum teknik addressing yang sering dilakukan adalah:

1. Immediate addressing
Operand (data yang akan dikomputasi) berada langsung pada set instruksi.

2.   Direct Addressing
Operand berada pada memori, set instruksi memegang alamat lokasi memori dimana operand tersebut berada.

3.   Indirect Addresing
Operand berada pada memori, untuk mendapatkan operand ini CPU harus melakukan penelusuran dua kali yaitu dari data alamat memori yang ada pada set instruksi serta alamat yang ditunjuk oleh alamat memori yang diperoleh dari set instruksi tadi.

4.   Register addressing
Operand berada pada register, cara kerjanya mirip dengan direct addressing hanya saja CPU mengakses alamat register bukan alamat memori.

5.   Register Indirect Addressing
Operand berada pada memori, untuk mendapatkan operand CPU harus mengakses register terlebih dahulu karena informasi lokasi operand berada pada register.

6.  Displacement
Operand berada pada memori, cara kerjanya merupakan gabungan dari teknik direct addressing dan register indirect addressing.

7.   Stack
     Operand berada pada stack, operand secara berkala dimasukan ke stack sehingga ketika
operand dibutuhkan maka operand sudah berada pada “top of the stack”.

Teknik pengalamatan tersebut harus dapat memenuhi kebutuhan komputasi yang dilakukan oleh computer yang secara garis besar dapat dibagi kedalam tiga kategori yaitu:
–         Operasi load (memasukan data).
–         Operasi branch (percabangan).                                                                                         
–         Operasi aritmatik dan logika.

TUGAS
X = (A+BxC) / (D-ExF)

3 Alamat
MPY X,B,C
ADD X,X,A
MPY Y,E,F
SUB Y,D,Y
DIV X,X,Y
5 operator / operasi

2 Alamat
MOV X,B
MPY X,C
ADD X,A
MOV Y,E
MPY Y,F
SUB D,Y
DIV X,Y
7 operator / operasi

1 Alamat
LOAD E
MPY F
STOR X
LOAD D
SUB X
STOR X
LOAD B
MPY C
ADD A
DIV X
STOR X

 - https://hendrasetiawan24.wordpress.com/2013/10/30/format-instruksi-dan-pengalamatan/
 - https://michrandi.staff.telkomuniversity.ac.id/files/2016/01/coa-8.pdf
 - https://anggapermana12.wordpress.com/2017/10/22/arsitektur-set-instruksi-dan-teknik-pengalamatan/

Arsitektur Instruksi dengan CPU dan Sistem Bus Dan ALU

ARSITEKTUR SET INSTRUKSI

 

Set Instruksi (bahasa Inggris: 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.

ELEMEN - ELEMEN DARI SET INSTRUKSI

a. Operation Code (opcode) : menentukan operasi yang akan dilaksanakan.

b. Source Operand Reference : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan.

c. Result Operand Reference : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan.

d. 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.

Contoh suatu Format Instruksi adalah sbb :

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.

TEKNIK PENGALAMATAN

Metode pengalamatan merupakan aspek dari set instruksi arsitektur disebagian unit pengolah pusat (CPU) desain yang didefinisikan dalam set instruksi arsitektur dan menentukan bagaimana bahasa mesin petunjuk dalam arsitektur untuk mengidentifikasi operan dari setiap instruksi. Sebuah mode pengalamatan menentukan bagaimana menghitung alamat memori yang efektif dari operand dengan menggunakan informasi yang diadakan di register dan / atau konstanta yang terkandung dalam instruksi mesin atau di tempat lain.

Jenis-jenis metode pengalamatan diantaranya :

1. Immediate Addressing Mode

2. Register Addressing Mode

3. Direct Addressing Mode

4. Indirect Addressing Mode

R0 atau R1 digunakan untuk menunjukkan Destination Address

MOV A,#30h   ; salin immediate data 30h ke Akumulator

MOV R0,#7Fh   ; salin immediate data 7Fh ke register R0

MOV @R0,A   ; salin the data in A ke alamat di R0

R0 atau R1 digunakan untuk menunjukkan Source Address

MOV R0,#7Fh   ; salin immediate data 7Fh ke register R0

MOV @R0,#30h  ; salin immediate data 30 ke alamat di R0

MOV A,@R0   ; salin isi dari alamat di R0 ke Akumulator

DESAIN SET INSTRUKSI

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya :

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 diolah.

c. Instruction Format, panjangnya, banyaknya alamat, dsb.

d. Register, banyaknya register yang dapat digunakan.

e. Addressing, mode pengalamatan untuk operand.

Pengertian CPU

Central processing unit (CPU) dari sebuah komputer adalah bagian dari hardware yang melaksanakan instruksi dari program komputer. Ia melakukan aritmatika, logis, dan operasi input / output dasar dari sebuah sistem komputer. CPU adalah seperti otak dari komputer – setiap instruksi, tidak peduli seberapa sederhana, harus melalui CPU. Jadi katakanlah Anda menekan huruf ‘k’ pada keyboard Anda dan muncul di layar – CPU komputer Anda adalah apa yang membuat ini mungkin. CPU kadang-kadang disebut sebagai unit pusat prosesor, atau prosesor untuk singkatnya. Jadi, ketika Anda melihat spesifikasi komputer di toko elektronik lokal Anda, biasanya mengacu pada CPU sebagai prosesor.

Sistem BUS

Pena kali ini akan membahas apa itu sistem bus. Mungkin bahasan ini sangat bermanfaat bagi anda yang ingin mempelajari arsitektur dan organisasi komputer.

Sistem bus Merupakan penghubung bagi keseluruhan komponen komputer seperti CPU, memori dan I/O dalam menjalankan tugasnya. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus, begitu juga kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan sistem bus.

Secara fisik bus adalah konduktor listrik paralel yang menghubungkan modul – modul. Bila terlalu banyak modul atau perangkat  dihubungkan pada bus maka akan menyebabkan penurunan kinerja. Untuk modul I/O biasanya dibuat slot bus yang mudah dipasang dan dilepas, seperti slot VESA, ISA dan PCI. Sedangkan untuk chips akan terhubung melalui pinnya.

Sifat penting dan merupakan syarat utama  bus adalah media transmisi yang dapat digunakan bersama oleh sejumlah perangkat yang terhubung padanya. Meskipun digunakan secara bersama namun penggunaan jalur hanya diperuntukan oleh satu perangkat pada sekali waktu.   Sehingga diperlukan aturan dalam kerjanya untuk menghindari terjadinya tabrakan data yang sedang ditransmisikan.

Struktur Bus

Secara umum fungsi saluran bus dikatagorikan dalam tiga bagian, yaitu saluran data, saluran alamat dan saluran kontrol.

• Saluran data (data bus) adalah lintasan bagi perpindahan data antar modul. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, Misal 16 ,32,64. Jumlah saluran dalam bus data dikatakan lebar bus, dengan satuan bit, misal lebar bus 16 bit.

• Saluran alamat (address bus) digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data. Setiap komponen yang terhubung dengan komputer harus memiliki alamat agar daat diakses.

• Saluran kontrol (control bus) digunakan untuk mengontrol bus data, bus alamat dan seluruh modul yang ada. Sinyal – sinyal kontrol terdiri :

1 Sinyal pewaktuan digunakan untuk   menandakan validitas data dan alamat.

2.Sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi.

Secara umum saluran kontrol meliputi :

1.Memory Write, memerintahkan data pada bus akan dituliskan ke dalam lokasi alamat.

2.Momory Read memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data.

3.I/O Write, memerintahkan data pada bus dikirim ke lokasi port I/O.

4.I/O Read, memerintahkan data dari port I/O ditempatkan pada bus data.

5.Transfer ACK, menunjukkan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada bus.

6.Bus Request, menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus.

7.Bus Grant, menunjukkan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus.

8.Interrupt Request, menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul.

9.Interrupt ACK, menunjukkan penangguhan interupsi telah diketahui CPU.

10.Clock, kontrol untuk sinkronisasi operasi antar modul.

11.Reset, digunakan untuk menginisialisasi seluruh modul.

Prinsip operasi bus adalah sebagai berikut :

Operasi pengiriman data ke modul lainnya

• Meminta penggunaan bus.

• Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju.

Operasi meminta data modul lainnya

• Meminta penggunaan bus.

• Mengirim request ke modul yang dituju melalui saluran kontrol dan alamat yang sesuai.

• Menunggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan.

Multiple Bus

Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja, yang disebabkan oleh :

1.Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.

2.Antrian penggunaan bus semakin panjang.

3.Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

Arsitektur Bus Jamak Tradisional

Arsitektur Bus Jamak Kinerja Tinggi

Solusi

Penggunaan bus jamak yang hierarkis. Modul – modul dikalasifikasikan berdasarkan kebutuhan terhadap lebar dan kecepatan bus. Bus biasanya terdiri atas bus lokal, bus sistem, dan bus ekspansi.

Sistem Kerja Bus

Modul dengan transfer data berkecepatan tinggi disambungkan dengan bus berkecepatan tinggi, selain itu disambungkan pada bus ekspansi. Keuntungan hierarki bus jamak kinerja tinggi adalah terintegrasi dengan prosesor. Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus.

Unit aritmatika dan logika

Simbol umum ALU.

ALU, singkatan dari Arithmetic And Logic Unit (bahasa Indonesia: unit aritmatika dan logika), adalah salah satu bagian dalam dari sebuah mikroprosesor yang 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 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 disebut adder. 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 (>=)

Fungsi-fungsi yang didefinisikan pada ALU adalah Add (penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda), Sub (pengurangan), Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left logical), srl (shift right logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain.

https://id.wikipedia.org/wiki/Unit_aritmatika_dan_logika

https://penawikara.wordpress.com/2013/05/30/sistem-bus/

http://www.sridianti.com/pengertian-cpu-fungsi-dan-bagian.html

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

(sumber: Buku Pengenalan Komputer, Hal 154-155, karangan Prof.Dr.Jogiyanto H.M, M.B.A.,Akt.)