SET INTRUKSI

SET INTRUKSI

Set instruksi adalah sekumpulan lengkap instruksi yang dapat dimengerti oleh sebuah CPU. Dan bisa disebut machine code ( bahasa mesin) yang aslinya berbentuk biner( bahasa assembly). Sudah sering kita mendengar debat cukup menareik antara computer personal IBM dan compatiblenya yang berlabel Intel Inside dengan computer Apple yang berlabel PowerPC. Perbedaan utama antara kedua computer itu ada pada tipe prosesor yang digunakannya. Prosesor PowerPC dari Motorola yang menjadi otak utama computer Apple Machintosh dipercaya sebagai prosesor RISC, sedangkan Pentium buatan Intel diyakini sebagai prosesor CISC.Kenyataannya computer personal yang berbasis Intel Pentium saati ini adlah computer personal yang paling banyak populasinya. Tetapi tidak bisa dipungkiri juga bahwa computer yang berbasis RISC sepert Machinthos, SUN adalah computer yang handal dengan sistem pipelining, superscalar, operasi floating point dan sebagainya.

Dengan penggunaan computer yang berbasis Intel, Macintosh, dan IBM, maka akan dikemukakan perbedaan set instruksi CPU.
B. Rumusan Masalah
Dari latar belakang masalah yang telah dijelaskan diatas maka terdapat rumusan masalah dibawah ini:
1. Bagaimana konsep instruksi pada computer?
2. Apa penjelasan dari set instruksi CPU yang berbasis Intel, Macinthos, dan IBM?
3. Bagaimana perbedaan dari masing-masing set instruksi CPU ?

C. Tujuan
1. Mengetahui konsep set instruksi pada komputer
2. Mengetahui penjelasan dari set instruksi CPU berbasis Intel,Macinthos, dan IBM
3. Memahami perbedaan set instruksi CPU yang berbasis Intel, Macinthos, dan IBM.

Set instruksi merupakan sekumpulan lengkap instruksi yang dpaat dimengerti oleh sebuah CPU lengkap. Karakteristik instruksi mesin adalah sebagai berikut:
1. Instruksi mesin yang dieksekusi membentuk suatu operasi dan berbagai macam fungsi CPU
2. Mempelajari karakteristik instruksi mesin, meliputi:
a. Elemen-elemen instruksi mesin
Untuk dapat dieksekusi CPU, suatu instruksi harus berisi elemen informasi yang diperlukan CPU secara lengkap dan jelas. Elemen-elemennya adalah:
- Operation Code ( Opcode): menspesifikasikan operasi yang akan dilakukan. Kode operasi berbentuk kode biner
- Source Operand Reference: Operasi dapat berasal dari lebih satu sumber. Operand adalah input instruksi.
- Result Operand Reference: merupakan hasil atau keluaran operasi
- Next Instruction Reference: elemen ini menginformasikan CPU posisi instruksi berikutnya yang harus diambil dan dieksekusi
b. Representasi Instruksi
Instruksi computer direpresentasikan oleh sekumpulan bit. Instruksi dibagi menjadi beberapa field. Field-field ini diisi oleh elemen-elemen instruksi yang membawa informasi bagi operasi CPU. Layout instruksi dikenal dengan format instruksi.
Format Instruksi:
[opcode][alamat]
Kode operasi [opcode] direpresentasikan dengan singkatan-singkatan yang disebut mnemonic. Mnemonic mengindikasi suatu operasi bagi CPU.
Contoh mnemonic :
ADD= penambahan
SUB= pengurangan
LOAD= muatan data ke memori

c. Jenis-jenis Instruksi
Terdapat kumpulan unik set instruksi, yang dapat digolongkan dalam jenis-jenisnya yaitu:
- Pengolahan data ( data processing)

Meliputi operasi-operasi aritmetika dan logika. Operasi aritmetika memiliki kemampuan komputasi untuk pengolahan data numeric. Sedangkan instruksi logika beroperasi terhadpa bit-bit word sebagai bit, bukannya sebagai bilangan, sehingga instruksi ini memiliki kemampuanuntuk pengolahan data lain.
- Perpindahan data ( data movement) berisi instruksi perpindahan data antar register maupun modul I/O untuk dapat diolah oleh CPU maka diperlukan instruksi-instruksi yang bertugas memindahkan data operand yang diperlukan.
- Penyimpanan data ( data storage) berisi instruksi-instruksi penyimpan ke memori. Instruksi penyimpanan sangat penting dalam operasi komputasi, karena data tersebut akan digunakan untuk operasi berikutnya, minimal untuk ditampilkan pada layar harus diadakan penyimpanan walaupun sementara.
- Kontrol aliran program ( program flow control) berisi instruksi pengontrolan operasi dan percabangan ke set instruksi lain.

d. Jumlah Alamat

Jumlah register atau alamat yang digunakan dalam operasi CPU tergantung format masing-masing CPU. Ada format operasi yang menggunakan 3,2,1, dan 0 register. Umumnya yang digunakan adalah 2 register dalam satu operasi. Desain CPU saat itu telah menggunakan 3 alamat dalam satu operasi, terutama dalam MIPS ( million instruction per second). Alamat instruksi yang lebih sedikit akan membuat instruksi lebih sederhana dan pendek, tetapi lebih sulit diimplementasikan fungsi-fungsi yang kita inginkan. Karena instruksi CPU sederhana maka rancangan CPU juga lebih sederhana.

e. Rancangan Set Instruksi 

Aspek paling menarik dalam arsitektur computer adalah perancangan ini berpengaruh banyak pada aspek lainnya. Set instruksi menentukan banyaknya fungsi yang harus dilakukan CPU. Set instruksi merupakan alat bagi pemogram untuk mengontrol kerja CPU. Pertimbangan : kebutuhan pemogram menjadi bahan pertimbangan dalam merancang setinstruksi.

Masalah yang fundamental meliputi:

- Operation Repertoire
- Data Types
- Instruction Format
- Register
- Addresing
Tipe Operasi
Dalam perancangan arsitektur computer, jumlah kode operasi akan sangat berbeda untuk masing-masing computer, tetapi terdapat kemiripan dalam jenis operasinya. Jenis operasi computer:
- Tranfer data –konversi
Instruksi transfer data harus menetapkan:
• Instruksi transfer data harus menetapkan:
 Lokasi operand sumberv
 Lokasi operand tujuanv
 Panjang data yang akan dipindahkanv
 Mode pengalamatannyav
• Apabila sebuah atau kedua operand berada didalam memori, maka CPU harus melakukan sebagian atau seluruh tindakan berikut:
 Menghitung alamat memori, yang didasarkan pada mode alamatv
 Apabila alamat mengacu pada virtual memori harus dicari alamat memori sebenarnya.
 Menentukan apakah alamat berada dalam cache memoriv
 Bila di cache tidak ada, dikeluarkan perintahkan ke modul memoriv
- Aritmatika – input/output
- Logika – control sistem dan transfer control

B.SetInstruksi CPU berbasisIntel

1.Pengertian CISC

Complex instruction-set computing atau Complex Instruction-Set Computer (CISC) "Kumpulan instruksi komputasi kompleks") adalah sebuah arsitektur dari set instruksi dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memory, operasi aritmetika, dan penyimpanan ke dalam memory, semuanya sekaligus hanya di dalam sebuah instruksi. Karakteristik CISC dapat dikatakan bertolak-belakang dengan RISC.Berbeda dengan konsep RISC, prosesor dengan konsep CISC memiliki set instruksi yang jauh lebih kompleks. Konsep CISC lebih menekankan untuk menyediakan kapisatas yang dibutuhkan dengan cara yang lebih efisien. Banyaknya instruksi yang tersedia memudahkan para programmer untuk mengembangkan aplikasi untuk plattform CISC. Prosesor yang digunakan dalam komputer pribadi masa kini, Intel Pentium misalnya, umumnya berbasis CISC. Arsitektur berbasis CISC juga memungkinkan para perancang prosesor untuk menambahkan set instruksi tambahan untuk keperluan tertentu disamping set instruksi standar yang sudah ada, misalnya set instruksi MMX (Multimedia Extension) yang ditambahkan pada prosesor buatan Intel, dan 3Dnow! pada prosesor keluaran AMD. Karena itulah maka keluarga prosesor CISC lebih banyak digunakan dalam komputer pribadi dimana aplikasinya lebih luas, sementara keluarga prosesor RISC hanya digunakan pada workstation yang biasanya memiliki lingkup aplikasi yang lebih sempit.

2. Karakteristik

a. Sarat informasi memberikan keuntungan di mana ukuran program-program yang dihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Karena CISC inilah biaya pembuatan komputer pada saat itu (tahun 1960) menjadi jauh lebih hemat

b. Dimaksudkan untuk meminimumkan jumlah perintah yang diperlukan untuk mengerjakan pekerjaan yang diberikan. (Jumlah perintah sedikit tetapi rumit) Konsep CISC menjadikan mesin mudah untuk diprogram dalam bahasa rakitan

3. Ciri-ciri
a. Jumlah instruksi banyak
b. Banyak terdapat perintah bahasa mesin
c. Instruksi lebih kompleks

4.Pendekatan CISC

Tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu perintah cukup dengan beberapa baris bahasa mesin sedikit mungkin. Hal ini bisa tercapai dengan cara membuat perangkat keras prosesor mampu memahami dan menjalankan beberapa rangkaian operasi. Untuk tujuan contoh kita kali ini, sebuah prosesor CISC sudah dilengkapi dengan sebuah instruksi khusus, yang kita beri nama MULT. Saat dijalankan, instruksi akan membaca dua nilai dan menyimpannya ke 2 register yag berbeda, melakukan perkalian operan di unit eksekusi dan kemudian mengambalikan lagi hasilnya ke register yang benar. Jadi instruksi-nya cukup satu saja.

RISC CISC

Penekanan pada perangkat lunak Penekanan pada perangkat kerasSingle-clock,hanya sejumlah kecil instruksi Termasuk instruksi kompleks multi-clockRegister toRegister :”LOAD”&”STORE” adalah instruksi2 terpisah Memori ke Memori:”LOAD”&”STORE” saling bekerjasama Ukuran kode besar (kecepatan relatif tinggi) Ukurang kode kecil, kecepatan rendah Transistor banyak dipakai untuk register memori Transistor digunakan untuk menyimpan instruksi2 kompleks.

 C. Set Instruksi CPU berbasis Machintosh

Sudah sering kita mendengar debat yang cukup menarik antara komputer personal IBM dan kompatibelnya yang berlabel Intel Inside dengan komputer Apple yang berlabel PowerPC. Perbedaan utama antara kedua komputer itu ada pada tipe prosesor yang digunakannya. Prosesor PowerPC dari Motorola yang menjadi otak utama komputer Apple Macintosh dipercaya sebagai prosesor RISC, sedangkan Pentium buatan Intel diyakini sebagai prosesor CISC. Kenyataannya komputer personal yang berbasis Intel Pentium saat ini adalah komputer personal yang paling banyak populasinya. Tetapi tidak bisa pungkiri juga bahwa komputer yang berbasis RISC seperti Macintosh, SUN adalah komputer yang handal dengan sistem pipelining,superscalar,operasi floating point dan sebagainya.

Walaupun pemrosesan berbasis RISC memiliki beberapa kelebihan, dibutuhkan waktu kurang lebih 10 tahunan mendapatkan kedudukan di dunia komersil. Hal ini dikarenakan kurangnya dukungan perangkat lunak. Walaupun Apple’s Power Macintosh menggunakan chip berbasis RISC dan Windows NT adalah kompatibel RISC, Windows 3.1 dan Windows 95 dirancang berdasarkan prosesor CISC Banyak perusahaan segan untuk masuk ke dalam dunia teknologi RISC. Tanpa adanya ketertarikan komersil, pengembang prosesor RISC tidak akan mampu memproduksi chip RISC dalam jumlah besar sedemikian hingga harganya bisa kompetitif.Kemerosotan juga disebabkan munculnya Intel, walaupun chip-chip CISC mereka semakin susah digunakan dan sulit dikembangkan Intel memiliki sumberdaya untuk menjajagi dan melakukan berbagai macam pengembangan dan produksi prosesor-prosesor yang ampuh. Walaupun prosesor RISC lebih unggul dibanding Intel dalam beberapa area, perbedaan tersebut kurang kuat untuk mempengaruhi pembeli agar merubah teknologi yang digunakan.

D.Set Instruksi CPU berbasis IBM

1.Pengertian RISC RISC singkatan dari Reduced Instruction Set Computer. Merupakan bagian dari arsitektur mikroprosessor, berbentuk kecil dan berfungsi untuk negeset istruksi dalamkomunikasi diantara arsitektur yang lainnya.

2.Karakteristik Arsitektur RISC memiliki beberapa karakteristik diantaranya :

a. Siklus mesin ditentukan oleh waktu yang digunakan untuk mengambil dua buah operand dari register, melakukan operasi ALU, dan menyimpan hasil operasinya kedalam register, dengan demikian instruksi mesin RISC tidak boleh lebih kompleks dan harus dapat mengeksekusi secepat mikroinstruksi pada mesin-mesin CISC. Dengan menggunakan instruksi sederhana atau instruksi satu siklus hanya dibutuhkan satu mikrokode atau tidak sama sekali, instruksi mesin dapat dihardwired. Instruksi seperti itu akan dieksekusi lebih cepat dibanding yang sejenis pada yang lain karena tidak perlu mengakses penyimapanan kontrol mikro program saat eksekusi instruksi berlangsung.

b. Operasi berbentuk dari register-ke register yang hanya terdiri dari operasi load dan store yang mengakses memori . Fitur rancangan ini menyederhanakan set instruksi sehingga menyederhanakan pula unit control. Keuntungan lainnya memungkinkan optimasi pemakaian register sehingga operand yang sering diakses akan tetap ada di penyimpan berkecepatan tinggi. Penekanan pada operasi register ke register merupakan hal yang unik bagi perancangan RISC.

c. Penggunaan mode pengalamatan sederhana, hampir sama dengan instruksi menggunakan pengalamatan register,. Beberapa mode tambahan seperti pergeseran dan pe-relatif dapat dimasukkan selain itu banyak mode kompleks dapat disintesis pada perangkat lunak dibanding yang sederhana, selain dapat menyederhanakan selinstruksi dan unitkontrol.

d. Penggunaan format-format instruksi sederhana, panjang instruksinya tetap dan disesuaikan dengan panjang word. Fitur ini memiliki beberapa kelebihan karena dengan menggunakan field yang tetap pendekodean opcode dan pengaksesan operand register dapat dilakukan secara bersama-sama.

3.Ciri-ciri 
a.Instruksi berukuran tunggal   b.Ukuran yang umum adalah 4byte

c. Jumlah pengalamatan data sedikit, biasanyakurang dari 5buah.

d. Tidak terdapat pengalamatan tak langsung yang mengharuskan melakukan sebuah akses memori agar memperoleh alamat operand lainnya dalam memori

e.Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika, seperti penambahan kememori dan penambahan dari memori                                                                                .f. Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi
g. Tidak mendukung perataan sembarang bagi data untuk operasi load/ store.
h. Jumlah maksimum pemakaian memori manajemen bagi suatu alamat data adalah sebuah instruksi.                                                                                          

i. Jumlah bit bagi integer register spesifier sama dengan 5 atau lebih, artinya sedikitnya 32 buah register integer dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.

j. Jumlah bit floating point register spesifier sama dengan 4 atau lebih, artinya sedikitnya 16 register floating point dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.

Konsep RISC 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 adalah IBM PC/XT pada era 1980-an. Istilah RISC sendiri pertama kali dipopulerkan oleh David Patterson, pengajar pada University of California di Berkely. RISC memberikan banyak keuntungan dalam desain sebuah prosor berkaitan dengan sasaran perancangan sebuah prosesor yaitu: seberapa baik sebuah instruksi dapat dipetakan dalam clock speed tertentu; seberapa “sederhana” sebuah arsitektur sistem yang dibutuhkan; dan berapa banyak yang dapat dikerjakan sebuah prosesor sebelum diserahkan pada bantuan software. Dewasa ini, konsep RISC digunakan pada proseor untuk komputer-komputer high-end, misalnya keluarga prosesor Sun SPARC buatan Sun Microsystems dan prosesor Power PC yang digunakan oleh workstation IBMRISC System/6000.

  4.Keunggulan RISC

Saat ini, hanya Intel x86 satu-satunya chip yang bertahan menggunakan arsitektur CISC. Hal ini terkait dengan adanya kemajuan teknologi komputer pada sektor lain. Harga RAM turun secara dramatis. Pada tahun 1977, DRAM ukuran 1MB berharga %5,000, sedangkan pada tahun 1994 harganya menjadi sekitar $6. Teknologi kompailer juga semakin canggih, dengan demikian RISC yang menggunakan RAM dan perkembangan perangkatlunak menjadi semakin banyak ditemukan.

5.Pendekatan RISC

Prosesor RISC hanya menggunakan instruksi-instruksi sederhana yang bisa dieksekusi dalam satu siklus. Dengan demikian, instruksi ‘MULT’ sebagaimana dijelaskan sebelumnya dibagi menjadi tiga instruksi yang berbeda, yaitu “LOAD”, yang digunakan untuk memindahkan data dari memori ke dalam register, “PROD”, yang digunakan untuk melakukan operasi produk (perkalian) dua operan yang berada di dalam register (bukan yang ada di memori) dan “STORE”, yang digunakan untuk memindahkan data dari register kembali ke memori. Berikut ini adalah urutan instruksi yang harus dieksekusi agar yang terjadi sama dengan instruksi “MULT” pada prosesor RISC (dalam 4 baris bahasa mesin)
E. Kelebihan dan Kekurangan

Teknologi RISC relatif masih baru oleh karena itu tidak ada perdebatan dalam menggunakan RISC ataupun CISC, karena tekhnologi terus berkembang dan arsitektur berada dalam sebuah spektrum, bukannya berada dalam dua kategori yang jelas maka penilaian yang tegas akan sangat kecil kemungkinan untuk terjadi.

Kelebihan                                                                                                                                   

1. Berkaitan dengan penyederhanaan kompiler, dimana tugas pembuat kompiler untuk menghasilkan rangkaian instruksi mesin bagi semua pernyataan HLL. Instruksi mesin yang kompleks seringkali sulit digunakan karena kompiler harus menemukan kasus-kasus yang sesuai dengan konsepnya. Pekerjaan mengoptimalkan kode yang dihasilkan untuk meminimalkan ukuran kode, mengurangi hitungan eksekusi instruksi, dan meningkatkan pipelining jauh lebih mudah apabila menggunakan RISC dibanding menggunakan CISC.

2. Arsitektur RISC yang mendasari PowerPC memiliki kecenderungan lebih menekankan pada referensi register dibanding referensi memori, dan referensi register memerlukan bit yang lebih sedikit sehingga memiliki akses eksekusi instruksi lebih cepat.                                                                                                   3. Kecenderungan operasi register ke register akan lebih menyederhanakan set instruksi dan menyederhanakan unit kontrol serta pengoptimasian register akan menyebabkanoperand-operandyangseringdiaksesakantetap beradadipenyimpanberkecepatantinggi.                                                         

  4.Penggunaan mode pengalamatan dan format instruksi yang lebih sederhana.
Kekurangan
1. Program yang dihasilkan dalam bahasa simbolik akan lebih panjang (instruksinya lebih banyak).

2. Program berukuran lebih besar sehingga membutuhkan memori yang lebih banyak, ini tentunya kurang menghemat sumberdaya.                                     

  3. Program yang berukuran lebih besar akan menyebabkan menurunnya kinerja, yaitu instruksi yang lebih banyak artinya akan lebih banyak byte-byte instruksi yang harus diambil. 
  4. Pada lingkungan paging akan menyebabkan kemungkinan terjadinya page fault lebih besar




Sumber:

http://tiaaliasrendy.blogspot.com/2010/12/apa-seh-sebenernya-set-instruksi-itu.html