Karakteristik Instruksi Mesin

     Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia, Karakteristik adalah ciri-ciri khusus atau mempunyai sifat khas sesuai dengan perwatakan tertentu. Instruksi adalah perintah atau arahan (untuk melakukan suatu pekerjaan atau melaksanakan suatu tugas). Mesin adalah perkakas untuk menggerakkan, atau membuat sesuatu yang dijalankan dengan roda-roda dan digerakkan oleh tenaga manusia atau motor penggerak yang menggunakan bahan bakar minyak atau tenaga alam.

     Jadi, karakteristik-karakteristik instruksi mesin adalah ciri-ciri khusus atau sifat khas yang dimiliki oleh instruksi-instruksi atau kode operasi dalam pemrograman komputer.. Operasi CPU ditentukan oleh instruksi-instruksi yang dieksekusinya. Instruksi-instruksi ini dikenal sebagai intruksi mesin atau instruksi computer. Set fungsi dari instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat di eksekusi oleh CPU dikenal sebagai set instruksi CPU.

Gambar 1. Diagram Siklus Instruksi

Karakteristik instruksi mesin meliputi :

– Elemen – elemen intruksi mesin
– Representasi instruksinya
– Jenis – jenis instruksi
– Penggunaan alamat
– Rancangan set instruksi

     

Dalam pembahasan kali ini saya akan membahas Jenis-jenis Instruksi Mesin.

Sebuah komputer akan bekerja apabila mendapat instruksi-inslruksi yang dikemas dalam sebuah program. Semua instruksi, tersebut diproses oleh komputcr di CPU. Microproscsor dari CPU hanya akan mengeksekusi instruksi yang dikenali. Instruksi-instruksi ini dikenal sebagai instruksi mesin (machine instruction) atau inslruksi komputer (computer instruction).Kumpulan fungsi yang dapat dieksekusi CPU disebut set instruksi (instruction set) CPU.

Jenis Operand dan Jenis Operasi Instruksi Mesin

 JENIS OPERAND

          Instruksi mesin melakukan operasi terhadap data. Pada umumnya data dikategorikan ke dalam angka, karakter dan data logika.

a.        Angka

       Setiap bahasa mesin mengandung tipe data numerik. Umunya terdapat tiga tipe data angka yang ada pada komputer yaitu:

1.        Binary integer

2.        Binary floating point

3.        Desimal

          Semua operasi pada internal komputer berupa data biner, namun user berinteraksi dengan bilangan desimal. Maka perlu dilakukan konversi dari desimal ke bilangan biner pada input dan konversi dari biner ke desmimal pada output. Bilangan desimal direpresentasikan dalam 4 bit kode biner maka 0=0000, 1=0001,...,8=1000, 9=1001. Sedangkan untuk desimal 246 = 0000 0010 0100 0110. Untuk bilangan negatif direpresentasikan dengan 4 bit yang diletakkan pada awal atau akhir string. Standar tanda yang digunakan adalah 1100 untuk bilangan positif dan 1101 untuk tanda bilangan negatif.

b.        Karakter

          Umumnya bentuk data adalah teks atau kumpulan karakter. Sedangkan sistem komputer didesain untuk data biner. Maka sejumlah kode dalam urutan bit perlu di tentukan untuk merepresentasikan sebuah karakter. Saat ini standar kode yang digunakan untuk merepresentasikan karakter adalah American Standart Code for Information Interchange(ASCII). Setiap karakter pada kode ASCII direpresentasikan dengan 7 bit biner yang unik. Maka terdapat 128 karakter yang berbeda yang dapat direpresentasikan. Selain itu juga ada yang menggunakan Extended Binary Coded Decimal Interchange Code (EBCDIC) yang digunakan oleh IBM mainframe.

c.         Data logika

       Pada umumnya setiap word atau yang lain merupakan satu unit data yang masing masing unit data memiliki nilai 0 atau 1. Ketika dipandang dengan cara ini, maka data tersebut dianggap sebagai data logika. Data logika hanya bernilai true “1” atau false “0”.

 JENIS OPERASI

Jumlah opcode dari sebuah mesin ke mesin lain beragam. Akan tetapi tipe operasi-operasi umum akan sama untuk semua mesin.  Berikut dikategorikan operasi berdasarkan fungsi dan tipenya:

a.       Transfer data

b.      Aritmatikaa

c.       Logika

d.      Konversi

e.       Input/output

f.       Kendali sistem

g.      Kendali transfer

Tabel 1. Contoh Instruksi Umum Pada CPU

No	Tipe	Instruksi
		Nama	Aksi
1	Transfer data	MOVE	Mentransfer data dari lokasi sumber ke lokasi tujuan
		LOAD	Mentransfer data dari lokasi memori ke register CPU
		STORE	Mentransfer data dari register CPU ke lokasi memori
		PUSH	Mentransfer data dari sumber ke stack
		POP	Mentransfer data dari stack ke tujuan
		XCHG	Saling menukar isi sumber dan tujuan
		CLEAR	Me-reset tujuan dengan semua bit ‘0’
		SET	Mengeset tujuan dengan semua bit ‘1’
2	Aritmatika	ADD	Penjumlahan, hitung jumlah dari 2 operan
		SUB	Pengurangan, hitung selisih dari 2 operan
		MUL	Perkalian, hitung hasil kali dari 2 operan
		DIV	Pembagian, hitung hasil bagi dari 2 operan
		NEG	Negasi, ganti tanda operan
		INC	Tambahkan 1 pada operan
		DEC	Kurangkan 1 dari operan
		SHIFT A	Geser operan (kekiri atau kekanan) dengan tanda
3	Logika	NOT	Komplemenkan (komplemen 1) operan
		OR	Lakukan operasi logika OR pada operan
		AND	Lakukan operasi logika AND pada operan
		XOR	Lakukan operasi logika XOR pada operan
		SHIFT	Geser operan (kekiri atau kekanan), isi nilai pada ujung bit
		ROT	Geser operan (kekiri atau kekanan) dengan berputar
		TEST	Uji kondisi yang ditetapkan dan pengaruhi flag yang sesuai
4	Kendali Transfer	JUMP	Perpindahan tak bersyarat, masukkan alamat yang ditetapkan ke PC
		JUMPIF	Perpindahan bersyarat, masukkan alamat yang ditetapkan ke PC jika kondisi terpenuhi
		JUMPSUB	CALL, simpan ‘status program control’ yang sekarang, pindah kealamat yang ditetukan ke PC
		RET	RETURN, restore ‘status program control’ dari stack ke PC dan register/flag yang relevan lainnya
5	Input/Output	IN (read)	Mentransfer data dari perangkat atau port i/o yang ditentukan ke tujuan (memori utama atau register)
		OUT (write)	Mentransfer data dari sumber yang ditentukan ke perangkat atau port i/o
		START I/O	Mentransfer instruksi ke prosesor i/o untuk menginisiasi operasi i/o
		TEST I/O	Mentransfer informasi status dari sistem i/o ke instruksi yang ditentukan
6	Konversi	TRANSLATE	Menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasarkan tabel korespodensi
		CONVERT	Mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya (contoh decimal ke biner)

a. Transfer data

Tipe instruksi mesin yang paling dasar yaitu instruksi transfer data. Pada instruksi transfer dataharus ditentukan beberapa hal. Pertama, penentuan lokasi sumber dan tujuan dari operan.Lokasinya dapat terletak di memori, register atau stack. Kedua, panjang data yang akan ditransfer harus diketahui. Ketiga, sama untuk semua instruksi dengan operan, cara pengalamatannya harus ditentukan.

Dari sisi aksi prosesor, operasi transfer data mungkin merupakan tipe yang paling sederhana. Jika kedua-duanya baik sumber maupun tujuan adalah register, maka  prosesor hanya menyebabkan data dipindahkan dari satu register ke register lain (operasi internal prosesor). Jika salah satu atau kedua operan berada dalam memori, maka prosesor harus melakukan beberapa atau semua tindakan berikut:

1.      Menghitung alamat memori, berdasarkan mode pengalamatan ( dibahas di bagian selanjutnya)

2.      Jika alamat mengacu pada virtual memori, menerjemahkan dari alamat memori virtual ke alamat memori sebenarnya/fisik.

3.      Menentukan apakah operan yang dituju ada di dalam chace

4.      Jika tidak, berikan perintah ke modul memori.

b. Aritmatika

Kebanyakan mesin menyediakan operasi aritmatika / perhitungan dasar  sepertitambah, kurang,kali dan bagi. Dimana operasi tersebut disediakan untuk menangani bilanganinteger bertanda (fixed-point), juga bilangan floating point atau desimal. Berikut contoh lain operasi yang termasuk jenis instruksi dengan satu operan:

·         Absolute : mengambil nilai absolut/mutlak dari operan

·         Negate : menegasikan operan

·         Increment: menambahkan 1 nilai ke operan

·         Decrement: mengurangi 1 nilai dari operan

Eksekusi instruksi aritmatika dapat melibatkan operasi transfer data untuk menempatkan operan dari input ke ALU, dan untuk mengantarkan output dari ALU.

c. Logika

Kebanyakan mesin juga menyediakan berbagai operasi untuk memanipulasi setiap bit dari sebuah word atau unit (yang dapat diberi alamat) lainnya, operasi ini juga di sebut "bit twiddling". Bit-bit tersebut didasarkan pada operasi boolean. Beberapa operasi logika dasar dapat dilakukan pada data boolean atau biner yang ditunjukkan pada tabel berikut.

Tabel 2. Contoh Operasi Logika Dasar 

Operasi-operasi logika dapat diterapkan pada bitwise ke n-bit unit data. Dengan demikian, jika dua register berisi data

(R1) = 10100101

(R2) = 00001111

Kemudian

(R1) AND (R2) = 0000101

Selain operasi logika bitwise, kebanyakan mesin menyediakan berbagai fungsi pergeseran dan perputaran.Operasi yang paling dasar digambarkan pada gambar dibawah.Dengan logika pergeseran, setiap bit dari word akan di geser ke kiri atau ke kanan. Pada salah satu ujungnya, bit yang bergeser keluar akan hilang. Pada ujung lainnya, nilai ‘0’ digeser masuk.Pergeseran logis berguna terutama untuk mengisolasi bagian dalam sebuah word.Nilai ‘0’ yang digeser kedalam sebuah word menggantikan informasi yang tidak diinginkan yang digeser dari ujung lainnya.

Gambar 1. Operasi Pergeseran dan Perputaran

Operasi pergeseran aritmatika menangani data sebagai integer bertanda dan tidak menggeser bit tanda. Pada pergeseran aritmatika ke kanan, bit tanda disalin pada bit yang berada dikanannya. Pada pergeseran aritmatika ke kiri, pergeseran logika kiri dilakukan pada semua bit kecuali bit tanda tetap ditahan. Operasi ini dapat mempercepat operasi aritmatikaa tertentu.

Rotate, atau pergeseran memutar, operasi ini menjaga seluruh bit dioperasikan. Salah satu penggunaan dari rotasi yaitu membawa setiap bit berturut-turut ke bit paling kiri, dimana itu dapat diidentifikasi dengan menguji tanda dari data (diperlakukan sebagai angka). Sama dengan operasi aritmatikaa, operasi logika melibatkan aktifitas ALU dan mungkin melibatkan operasi transfer data.

d. Konversi

Instruksi konversi adalah instruksi-instruksi yang mengubah format atau beroperasi pada format data.Contohnya yaitu mengkonversi dari desimal ke biner.

e. Input/Output

Seperti yang kita ketahui, ada beberapa pendekatan I/O yang bisa diambil, diantaranya programmed I/O (isolated&memory mapped), DMA, dan penggunaan prosesor I/O. Implementasi instruksi I/O banyak dilakukan dengan hanya menyediakan beberapa instruksi I/O, dengan tindakan spesifik yang ditentukan oleh parameter, kode, atau kata perintah.

f. Kendali Sistem

Instruksi kendali sistem adalah instruksi yang dapat dieksekusi hanya ketika prosesor dalam keadaan tertentu atau mengeksekusi program pada area khusus dalam memori.Biasanya, instruksi ini dipesan untuk digunakan sistem operasi.Berikut beberapa contoh operasi kendali sistem. Sebuah instruksi kendali sistem boleh membaca atau mengubah kendali register. Contoh lainnya adalah instruksi untuk membaca atau memodifikasi penyimpanan protection key, seperti yang digunakan pada sistem memori EAS/390. Contoh lain adalah akses untuk memproses blok kontrol dalam sistem multiprogramming.

g. Kendali Transfer

Untuk semua tipe operasi yang sudah dibahas sejauh ini, instruksi selanjutnya yang akan dibahas tepat setelah ini, pada memori, adalah kendali transfer. Namun, pecahan yang signifikan dari instruksi dalam setiap program memiliki fungsi mengubah urutan eksekusi instruksi. Untuk instruksi ini, operasi yang dilakukan oleh prosesor

Beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu:

1.      Dalam praktek penggunaan komputer, sebenarnya kita mengeksekusi tiap instruksi lebih dari sekali dan mungkin ribuan kali. Ini membutuhkan ribuan atau bahkan jutaan instruksi untuk mengimplementasikan aplikasi. Hal ini tidak mungkin jika tiap instruksi harus ditulis secara terpisah. Jika tabel atau daftar item akan diproses, dibutuhkan program looping. Satu urutan eksekusi akan dieksekusi berulang kali untuk memproses semua data.

2.      Hampir semua program melibatkan beberapa pembuatan keputusan. Kita setuju komputer akan melakukan sesuatu jika suatu kondisi terpenuhi, dan melakukan hal lain jika dalam kondisi lain. Sebagai contoh, sebuah urutan instruksi mengitung akar kuadrat dari sebuh nilai. Pada awal urutan, tanda dari nilai tersebut diuji. Jika negatif, komputasi tidah dilakukan, tetapi kondisi eror yang akan dilaporkan.

3.      Untuk mengubah dengan benar program yang besar atu sedang adalah tugas yang sangat sulit. Hal ini akan lebih mudah jika ada mekanisme untuk memecah tugas-tugas tersebut menjadi bagian-bagian kecil yang dapat dikerjakan sekali dalam satu waktu.

            Sekarang kita akan membahas operasi transfer kendali yang ada pada set instruksi : seperti branch, skip, dan procedurecall. Instruksi brach (cabang) sering juga disebut instruksijump, memiliki sebuah operan yang berisi alamat dari instruksi selanjutnya yang akan dieksekusi. Instruksi ini dapat dibedakan menjadi conditional branchdan unconditional branch. Instruksi skipdigunakan untuk melewati baris instruksi dan tidak membutuhkan alamat tujuan. Contohnya intruksi ISZ (increment-skip-if-zero). Instruksi procedure call digunakan untuk pemanggilanprocedure(subprogram). Mekanisme procedure terdiri dari 2 instruksi utama : instruksi call yang berarti melakukan percabangan ke lokasi yang menunjuk ke procedure, dan instruksi return yang berarti kembali dari procedure ke lokasi dimana procedure tersebut dipanggil. Kedua instruksi tersebut menggunakan instruksi percabangan.