Penulisan Budaya Dasar: Arsitektur Set Instruksi

Kata Arsitektur dalam bahasa Indonesia diserap dari bahasa latin “architectura” yang secara etimologi berasal dari bahasa yunani kuno “arkhitekton”, yang secara harfiah berarti pembangunan utama (chief builder).

Sedangkan set intruksi adalah sekumpulan lengkap intruksi yang dapat dimengerti oleh CPU, set intruksi sering juga disebut bahasa mesin karena aslinya juga berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly untuk dimengerti manusia (programmer), biasanya digunakan representasi yang lebih mudah dimengerti oleh manusia.

Maka dapat disimpulkan daari 2 pengertian diatas bahwa arsitektur set instruksi adalah pembangunan sekumpulan lengkap instruksi yang dapat dimengerti oleh CPU yang dibuat oleh seorang pemrogram. Arsitektur set instruksi juga merupakan salah satu aspek dalam arsitektur komputer yang telah kita bahas sebelumnya.

A. Jenis – Jenis Instruksi

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.

2. 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.

3. 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]

Jika dilihat, load tersebut behubungan dengan import dan upload berhubungan dengan export

Load berfungsi untuk memasukan data / transaksi ke sebuah table. Dapat dikatakan juga insert, replace, atau update. Sedangkan upload berfungsi untuk membuat dari data table ke fisik / file. Kelemahan load adalah dalam prosesnya bisa saja terjadi data yang tidak berpindah secara sempurna.

Upload Parameter
• Limit [membatasi beberapa record]
• Sample [mencari sample yang telah ditentukan]
• When [berdasarkan kondisi]

Dan pada upload, hanya satu parameter saja yang dapat berjalan alias tak bisa berjalan bersamaan apabila parameternya lebih dari 1.

Bulk Data Movement (Software Pendukung)
• ETL [Extrat Transform Load], software yang focus terhadap data warehouse
• Replication and Propagation, software yang memonitoring source database dan target, dan yang dihasilkan oleh software ini adalah pencatatatn log.

Perlu diperhatikan juga hak akses dalam load & unload, import & export minimal adalah akses select.

Distribution Database
Dalam distribution database terdapat 3 istilah yaitu :
• Autonomi [idependent], untuk tabel umum akses yang diberikan berbeda dari setiap user.
• Isolation [stand alone], untuk tabel khusus (privacy) itu terpisah dari user.
• Transparancy [all user], akses tabel terpisah dari user tetapi user masih dapat mengaksesnya.

Lawan dari database terdistribusi adalah database terpusat. Server yang terpusat memang diuntungkan dalam sisi maintenance sedangkan server terdistribusi lebih rumit dalam proses integrasinya.

Jika database terdistribusi paling tidak membutuhkan Sumber Daya Manusia [SDM] yang baik, network yang lebih baik karena permasalahan network itu sangat fatal dan biasanya permasalahannya tidak jauh – jauh dari permasalahan traffic network. Dan yang tidak boleh dilupakan adalah request dan respon.

4. 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).

B. 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.

Untuk media penyimpanan yang bersifat sequential access storage device (SASD) seperti kaset (magnetic tape), alamat tersebut tidak terlalu dipusingkan karena pasti data disimpan secara berurutan (sequential/ consecutive) mulai dari depan hingga ke akhir bagian dari pita kaset. Begitu juga dengan data yang diorganisasi secara sequential, di alamat manapun data disimpan, data akan tetap diakses secara berurutan pula, mulai dari record pertama hingga ke record terakhir.

Lain halnya dengan data yang diorganisasi secara relative yang disimpan di media penyimpanan yang bersifat direct access storage device (DASD), karena data yang akan diraih kembali, dituju langsung ke alamatnya tanpa melalui records lainnya (belum tentu dimulai dari data yang paling awal disimpan), maka alamat memori memegang peranan penting. Untuk itu, di catatan ini akan diterangkan beberapa cara melakukan penempatan data di memori agar kelak dapat diraih kembali dengan tepat, yang diberi judul “Teknik Pengalamatan.”

1. Immediate Addressing (Pengalamatan Segera)

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

Keuntungan :

Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand

Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhanakan akan cepat

Kekurangan :

Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field

Contoh :
ADD 7 ; tambahkan 7 pada akumulator

2. Direct Addressing (Pengalamatan Langsung)

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 ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator

3. 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

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) ; tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator

4. 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

Keuntungan :
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.

Kerugian :

Ruang alamat menjadi terbatas

5. 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

6. 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 iteratif

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

7. Stack addressing

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 sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah:

Kelengkapan set instruksi
Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)
Kompatibilitas : – Source code compatibility – Object code Compatibility

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

Operation 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 4.Addressing: Mode pengalamatan untuk operand

Contoh Kasus :

1. Format instruksi 3 alamat

Mempunyai bentuk umum seperti : [OPCODE][AH],[AO1],[AO2]. Terdiri dari satu alamt 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

2. 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