Set instruksi didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram. Set instruksi (instruction set) biasa disebut juga sebagai sekumpulan lengkap instruksi yang dapat dimengerti oleh sebuah CPU dengan sebuah kamus berisi daftar perintah apa saja yang dapat dilakukan (didukung) oleh sebuah prosesor, dan biasanya terikat dengan sebuah keluarga arsitektur prosesor tertentu.

Set instruksi 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). Set instruksi 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 set instruksi yang bersangkutan. Set instruksi yang populer digunakan adalah set instruksi untuk chip Intel x86, IA-64, IBM PowerPC, Motorola 68000, Sun SPARC, DEC Alpha, dan lain-lain.

Jenis-Jenis Instruksi

 Data instruksi terdapat empat jenis yaitu          :

  1. Data procecessing: Arithmetic dan Logic Instructions

Data processing adalah jenis pemrosesan yang dapat mengubah data menjadi informasi atau pengetahuan. Pemrosesan data ini sering menggunakan komputer sehingga bisa berjalan secara otomatis. Setelah diolah, data ini biasanya mempunyai nilai yang informatif jika dinyatakan dan dikemas secara terorganisir dan rapi, maka istilah pemrosesan data sering dikatakan sebagai sistem informasi. Kedua istilah ini mempunyai arti yang hampir sama, pemrosesan data mengolah dan memanipulasi data mentah menjadi informasi (hasil pengolahan), sedangkan sistem informasi memakai data sebagai bahan masukan dan menghasilkan informasi sebagai produk keluaran.

  1. Data storage: Memory instructions

Sering disebut sebagai memori komputer, merujuk kepada komponen komputer, perangkat komputer, dan media perekaman yang mempertahankan data digital yang digunakan untuk beberapa interval waktu. Penyimpanan data komputer menyediakan salah satu tiga fungsi inti dari komputer modern, yakni mempertahankan informasi. Ia merupakan salah satu komponen fundamental yang terdapat di dalam semua komputer modern, dan memiliki keterkaitan dengan mikroprosesor, dan menjadi model komputer yang digunakan semenjak 1940-an.

Dalam penggunaan kontemporer, memori komputer merujuk kepada bentuk media penyimpanan berbahan semikonduktor, yang dikenal dengan sebutan Random Access Memory (RAM), dan kadang-kadang dalam bentuk lainnya yang lebih cepat tapi hanya dapat menyimpan data secara sementara. Akan tetapi, istilah “computer storage” sekarang secara umum merujuk kepada media penyimpanan massal, yang bisa berupa cakram optis, beberapa bentuk media penyimpanan magnetis (seperti halnya hard disk) dan tipe-tipe media penyimpanan lainnya yang lebih lambat ketimbang RAM, tapi memiliki sifat lebih permanen, seperti flash memory.

  1. Data Movement: I/O instructions

Proses data movement ini adalah memindahkan (dapat diakatakan membackup juga) data – data dari database yang berupa data, indeks, grand, schema, dan lain – lain ketempat baru. Tempat baru ini bisa ke dalam database baru atau memang untuk dibackup saja.

Data movement terdiri dari 2 bagian besar yaitu :

–          Load & Upload (difokuskan untuk memindahkan data yang berupa indeks atau data itu sendiri alias isi dari database tersebut)

–          Export & Import (memindahkan data secara lengkap, mulai dari grand, schema, dan seluruhnya)

  1. Control: Test and branch instructions

Unit kendali (bahasa Inggris: Control Unit – CU) adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut.

Pada awal-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). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang datang dari word-word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut, termasuk di antaranya adalah register, ALU, register instruksi, bus dan peralatan input/output di luar chip. Pada komputer modern, setiap subsistem ini telah memiliki kontrolernya masing-masing, dengan CU sebagai pemantaunya (supervisor).

Teknik Pengalamatan

Setelah membahas memori, cache, set instruksi. Ada baiknya sahabat wikara mengetahui mode pengalamatan pada instruksi dalam memori. Mode pengalamatan merupakan metode penentuan alamat operand pada instruksi. Operand instruksi diletakan pada memori utama dan register CPU. Tujuan yang mempengaruhi arsitektur komputer ketika memilih mode pengalamatan:

  • Mengurangi panjang instruksi dengan mempunyai medan yang pendek untuk alamat.
  • Menyediakan bantuan yang tangguh kepada pemrogram untuk penanganan data kompleks seperti pengindeksan sebuah array, control loop, relokasi program dan sebagainya.

Immediate Addressing (Pengalamatan Segera)

Adalah bentuk pengalamatan yang paling sederhana.

  • 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

 

Direct Addressing (Pengalamatan Langsung)

Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer kecil

  • Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus
  • Field alamat berisi efektif address sebuah operand
  • Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word

Indirect Addressing (Pengalamatan tak langsung)

  • Merupakan mode pengalamatan tak langsung
  • Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilirannya akan berisi alamat operand yang panjang
  • Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi
  • Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat proses operasi

Register addressing (Pengalamatan Register)

  • 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
  • Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori
  • Akses ke register lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat
  • Ruang alamat menjadi terbatas

Register indirect addressing (Pengalamatan tak-langsung register)

  • 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

Displacement addressing

  • 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
    • Merupakan kebalikan dari mode base register
    • Field alamat dianggap sebagai alamat memori dalam indexing
    • Manfaat penting dari indexing adalah untuk eksekusi program-pprogram iterative

Stack addressing

Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-firs-out

  • Stack merupakan blok lokasi yang terbaik
  • 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

Desain Set Intruksi

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

–          Kelengkapan set instruksi

–          Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)

–          Kompatibilitas: Source Code Compatibility dan Object Code Compatibility

Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut:

–          Operasi Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan dan berapa sulit operasinya.

–          Data Types: Tipe/jenis data yang dapat olah Instruction Format (panjangnya, banyaknya alamat, dsb)

–          Register: Banyaknya register yang dapat digunakan

–          Addresing: Mode pengalamatan untuk operand

REFERENSI

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

http://dimaswibisono23.blogspot.com/2016/10/arsitektur-set-instruksi.html

https://penawikara.wordpress.com/2013/05/31/mode-pengalamatan/