SET INSTRUKSI

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.

A. Elemen-elemen Instuksi Mesin

Setiap instruksi harus terdiri dari informasi yang diperlukan oleh CPU untuk dieksekusi. Gambar langkah-langkah yang terdapat dalam eksekusi instruksi dan bentuk elemen-elemen instruksi mesin, adalah sebagai berikut :

1. Kode Operasi : menentukan operasi-operasi yang akan dilakukan (misalnya: ADD,I/O). Operasi itu dispesifilan oleh sebuah kode biner, dikenal sebagai kode operasi.
2. Acuan Operand Sumber : Operasi dapat melibatkan satu atau lebih operand sumber, dengan kata lain, operand adalah input bagi operasi.
3. Acuan Operand Hasil: Operasi dapat menghasilkan sebuah hasil.
4. Acuan Instruksi Berikutnya: Elemen ini memberitahukan CPU posisi instruksi berikutnya yang harus diambil setelah menyelesaikan eksekusi suatu instruksi. Instuksi berikutnya yang akan diambil berada di memori utama atau pada system memori virtual, akan berada baik di dalam memori utama atau memori sekunder. Umumnya, instruksi yang akan segera diambil selanjutnya, berada setelah instruksi saat itu. Ketika acuan eksplisit dibutuhkan, maka alamat memori utama atau alamat memori virtual harus disiapkan. Operand sumber dan hasil dapat berada di salah satu dari ketiga daerah berikut ini:

• Memori Utama atau Memori Virtual: Dengan adanya acuan instruksi berikutnya, maka alamat memori utama atau memori virtual harus diketahui.
• Register CPU: Dengan suatu pengecualian yang jarang terjadi, CPU terdiri dari sebuah register atau lebih yang dapat diacu oleh instruksi-instruksi mesin. Bila hanya terdapat sebuah register saja, maka acuan ke instruksi tersebut dapat berbentuk implicit. Sedangkan jika terdapat lebih dari satu register, maka setiap register diberi nomor yang unik, dan instruksi harus terdiri dari nomor register yang dimaksud.
• Perangkat I/O: Instruksi harus menspesifikan modul I/O dan perangkat yang diperlukan oleh operasi. Jika digunakan I/O memori terpetakan, maka perangkat ini merupakan memori utama atau memori virtual.

B. Representasi Instruksi

Di dalam computer, instruksi dipresentasikan oleh sehimpunan bit. Himpunan bit ini dibagi menjadi beberapa bidang, dengan bidang-bidang ini berkaitan dengan elemen-elemen yang akan memuat instruksi. Layout instruksi ini dikenal sebagai bentuk instruksi. Contoh yang sederhana ditunjukkan pada gambar. Pada sebagian besar set instruksi, dapat digunakan lebih dari satu bentuk. Selama berlangsungnya eksekusi instruksi, instruksi dibaca ke dalam register instruksi yang terdapat dalam CPU. Untuk melakukan operasi yang diperlukan, CPU harus dapat mengeluarkan data dari berbagai bidang instruksi. Opcode direpresentasikan dengan singkatan-singkatan, yang disebut mnemorik, yang mengindikasikan operasi, contohnya adalah:

-ADD Add (Menambahkan)

-SUB Substract (Pengurangan)

-MPY Multiply (Perkalian)

-DIV Divide (Pembagian)

-LOAD Muatkan data data dari memori

-STOR Simpan data ke memori

Operand-operand juga direpresentasikan secara simbolik. Misalnya instruksi ADD R,Y Berarti tambahkan niali yang terdapat pada lokasi Y ke isi register R. Dalam contoh ini, Y berkaitan dengan alamat lokasi di dalam memori, dan R berkaitan dengan register tertentu. Perlu dicatat bahwa operasi dilakukan terhadap isi alamat, bukan terhadap alamatnya.

Sehingga adalah mungkin untuk menuliskan program bahasa mesin dalam bentuk simbolik. Setiap opcode simbolik memiliki representasi biner yang tetap, dan pemrograman dapat menetapkan masing-masing operand simbolik. Misalnya, pemrograman dapat memulainya dengan definisi-definisi:

-X=523

-Y=514

dan seterusnya. Sebuah program yang sederhana akan menerima input simbol ini, kemudian mengkonversiakn opcode dan acuan operand menjadi bentuk biner, dan akhirnya membentuk instruksi mesin biner.

C. Jenis-Jenis Instruksi

Sebuah instuksi yang dapat diekspresikan dalam bahasa BASIC atau FORTRAN. X = X+Y Pernyataan ini menginstruksiakna komputer untuk menambahkan nilai yang tersimpan di Y ke nilai yang tersimpan di X dan menyimpan hasilnya di X. Variabel X dan Y berkorespondensi dengan lokasi 513 dan 514. Jika kita mengasumsikan set instruksi mesin yang sederhana, maka operasi ini dapat dilakukan dengan tiga buah instruksi:

1. Muatkan sebuah register dengan isi lokasi memori 513

2. Tambahkan isi lokasi memori ke register

3. Simpan isi register di lokasi memori 513

Suatu komputer harus memiliki set instruksi yang memungkinkan pengguna untuk memformulasikan pengolahan data atau dengan memperhatikan kemampuan pemrograman bahasa tingkat tinggi. Agar dapat dieksekusi, setiap program yang ditulis dalam bahasa program tingkat tinggi harus diterjemahkan ke dalam bahasa mesin. Jadi, set instruksi mesin harus dapat mengekspresikan setiap instruksi bahas atingkat tinggi.

Adapun Jenis-jenis instrusi sebagai berikut:

- Pengolahan Data : Instrusi-instruksi aritmatika dan logika

- Penyimpanan Data : Instriksi-instruksi memori

- Perpindahan Data : Instruksi I/O

- Kontrol : Instruksi pemeriksaan dan percabangan

D. Jumlah Alamat

Salah satu cara tradisional dalam menjelaskan arsitektur prosesor adalah dengan memakai jumlah alamat yang terdapat pada masing-masing instruksi. Instruksi aritmatika dan logika memerlukan operand yang berjumlah banyak. Secara virtual, seluruh operasi eritmatika dan logika merupakan uner/unary (satu operand) atau biner (dua operand). Dengan demikian, memerlukan maksimum dua alamat untuk acuan operand. Hasil sebuah operasi akan memerlukan alamat ketiga.

Dengan demikian, instruksi perlu memiliki empat buah acuan alamat: dua buah operand, sebuah hasil operasi, dan sebuah alamat instruksi berikutnya. Sebagian besar CPU merupakan variasi satu, dua, atau tiga alamat dengan alamat instruksi berikutnya merupakan implisit (diperoleh dari pencacah program). Format tiga alamat tidak umum digunakan, karena instruksi-instruksi tersebut memerlukan bentuk instruksi yang lebih relatif lebih panjang untuk menampung acuan-acuan tiga alamat. Sedangkan bentuk dua alamat mengurangi kebuatuahan ruang akan tetapi menimbulkan kesulitan. Instruksi yang lebih sederhana adalah instruksi satu alamat. Agar alamat ini dapat berfungsi, alamat perlu diimplisitkan.

E. Rancangan Set Instruksi

Salah satu hal yang paling menarik tentang rancangan komputer adalah rancangan set instruksi. Karena rancangan ini mempengaruhi banak aspek sistem komputer, maka rancangan set instruksi sangat kompleks. Set instruksi menentukan banyak fungsi yang akan dilakukan oleh CPU dan karena itu memiliki efek yang sangat menentukan implementasi CPU. Set instruksi merupakan alat bagi pemrogram untuk mengontrol CPU. Dengan demikian, kebutuhan-kebutuhan pemrogram harus menjadi bahan pertimbangan dalam merancang set instruksi. Masalah rancangan fundamental yang paling signifikan meliputi:

1. Repertoi Operasi: Berapa banyak dan opersai-operasi apa yang harus disediakan, dan sekompleks apakah operasi itu seharusnya.
2. Jenis data : berbagai jenis data pada saat operasi dijalankan
3. Bentuk instruksi : Panjang instruksi (dalam bit), jumlah alamat, ukuran bidang, dan sebagainya.
4. Register : Jumlah register CPU yang dapat diacu oleh instruksi, dan fungsinya.
5. Pengalamatan: Mode untuk menspesifikasikan alamat suatu operand.

Masalah-masalah ini saling berkaitan dan harus diperhatikan dalam merancang set instruksi.

Kesimpulan

1. Instruksi mesin (machine intruction) yang dieksekusi membentuk suatu operasi dan berbagai macam fungsi CPU.
2. Kumpulan fungsi yang dapat dieksekusi CPU disebut set instruksi (istruction set) CPU.
3. Karakteristik instruksi mesin, meliputi:

• Elemen-elemen instruksi
• Representasi instruksi
• Jenis-jenis instruksi
• Penggunaan alamat
• Rancangan set instruksi

1.ELEMEN-ELEMEN DARI INSTRUKSI MESIN (SET INSTRUKSI)

• Operation Code (opcode) : menentukan operasi yang akan dilaksanakan
• Source Operand Reference : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan
• Result Operand Reference : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan
• Next instruction Reference : memberitahu CPU untuk mengambil (fetch) instruksi berikutnya setelah instruksi yang dijalankan selesai.
• Source dan result operands dapat berupa salah Satu diantara tiga jenis berikut ini:

1.  Main or Virtual Memory
2. CPU Register
3. I/O Device

2. 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:

- 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.

- Addressing: Mode pengalamatan untuk operand.

3. 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).

4. 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

5. JENIS INSTRUKSI

• Data processing: Arithmetic dan  Logic Instructions
• Data storage: Memory instructions
• Data Movement: I/O instructions
• Control: Test and branch instructions

6. 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 :

1. Memindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain.
2. Apabila memori dilibatkan :

• Menetapkan alamat memori.
• Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.
• Mengawali pembacaan / penulisan memori

Operasi set instruksi untuk transfer data :

1. MOVE : memindahkan word atau blok dari sumber ke tujuan
2. STORE : memindahkan word dari prosesor ke memori.
3. LOAD : memindahkan word dari memori ke prosesor.
4. EXCHANGE : menukar isi sumber ke tujuan.
5. CLEAR / RESET : memindahkan word 0 ke tujuan.
6. SET : memindahkan word 1 ke tujuan.
7. PUSH : memindahkan word dari sumber ke bagian paling atas stack.
8. POP : memindahkan word dari bagian paling atas sumber

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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

11.TRANSFER CONTROL

Tindakan CPU untuk transfer control :

Mengupdate program counter untuk subrutin , call / return.

Operasi set instruksi untuk transfer control :

• JUMP (cabang) : pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu.
• JUMP BERSYARAT : menguji persyaratan tertentu danmemuat PC dengan alamat tertentu atau tidak melakukan apa tergantung dari persyaratan.
• JUMP SUBRUTIN : melompat ke  alamat tertentu.
• RETURN : mengganti isi PC dan register lainnya yang berasal dari lokasi tertentu.
• EXECUTE : mengambil operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi
• SKIP : menambah PC sehingga melompati instruksi berikutnya.
• SKIP BERSYARAT : melompat atau tidak melakukan apa-apa berdasarkan pada persyaratan
• HALT : menghentikan eksekusi program.
• WAIT (HOLD) : melanjutkan eksekusi pada saat persyaratan dipenuhi.
• NO OPERATION : tidak ada operasi yang dilakukan.

12. 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.

13.       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 menyimpancoperand dan hasilnya)

14. Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang dispesifikasikan

1. Memori To Register Instruction

2.  Memori To Memori Instruction

3.  Register To Register Instruction

15. ADDRESSING MODES

Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalama-tan) yang paling umum:

-     Immediate

-     Direct

-     Indirect

-     Register

-     Register Indirect

-     Displacement

-     Stack

Pengenalan Mode Pengalamatan

Mode pengalamatan adalah bagaimana cara menunjuk dan  mengalamati suatu lokasi memori pada  sebuah alamat di mana operand akan diambil. Mode pengalamatan diterapkan pada set instruksi, dimana pada umumnya instruksi terdiri dari opcode (kode operasi) dan alamat. Setiap mode pengalamatan memberikan fleksibilitas khusus yang sangat penting. Mode pengalamatan ini meliputi direct addressing, indirect addressing, dan immediate addressing.

1. Direct Addresing

Dalam mode pengalamatan direct addressing, harga yang akan dipakai diambil langsung dalam alamat memori lain. Contohnya: MOV A,30h. Dalam instruksi ini akan dibaca data dari RAM internal dengan alamat 30h dan kemudian disimpan dalam akumulator. Mode pengalamatan ini cukup cepat, meskipun harga yang didapat tidak langsung seperti immediate, namun cukup cepat karena disimpan dalam RAM internal. Demikian pula akan lebih mudah menggunakan mode ini daripada mode immediate karena harga yang didapat bisa dari lokasi memori yang mungkin variabel.

Kelebihan dan kekurangan dari Direct Addresing antara lain :

-Kelebihan

   ----Field alamat berisi efektif address sebuah operand

-  Kelemahan

   ----Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word

2. Indirect Addresing

Mode pengalamatan indirect addressing sangat berguna karena dapat memberikan fleksibilitas tinggi dalam mengalamati suatu harga. Mode ini pula satu-satunya cara untuk mengakses 128 byte lebih dari RAM internal pada keluarga 8052. Contoh: MOV A,@R0. Dalam instruksi tersebut, 89C51 akan mengambil harga yang berada pada alamat memori yang ditunjukkan oleh isi dari R0 dan kemudian mengisikannya ke akumulator. Mode pengalamatan indirect addressing selalu merujuk pada RAM internal dan tidak pernah merujuk pada SFR. Karena itu, menggunakan mode ini untuk mengalamati alamat lebih dari 7Fh hanya digunakan untuk keluarga 8052 yang memiliki 256 byte spasi RAM internal.

Kelebihan dan kekurangan dari Indirect Addresing antara lain :

-  Kelebihan

    ---Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi

-  Kekurangan

    ---Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat preoses operasi

3. Immediate Addresing

Mode pengalamatan immediate addressing sangat umum dipakai karena harga yang akan disimpan dalam memori langsung mengikuti kode operasi dalam memori. Dengan kata lain, tidak diperlukan pengambilan harga dari alamat lain untuk disimpan. Contohnya: MOV A,#20h. Dalam instruksi tersebut, akumulator akan diisi dengan harga yang langsung mengikutinya, dalam hal ini 20h. Mode ini sangatlah cepat karena harga yang dipakai langsung tersedia.

Kelebihan dan kekurangan dari Immedieate Addresing antara lain :

-  Keuntungan

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

    ---Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat

-  Kekurangan

    ---Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field alamat

B. Pengenalan pada Register Addressing

Register adalah merupakan sebagian memori dari mikro prosessor yang dapat diakses dengan kecepatan tinggi. Metode pengalamatan register ini  mirip dengan mode pengalamatan langsung. Perbedaannya 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.

Kelebihan dan kekurangan Register Addressing :

- Keuntungan pengalamatan register

- Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori

- Akses ke regster lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat

Kerugian

- Ruang alamat menjadi terbatas

Register Indirect Addressing

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 Kelebihanan dan kekurangan pengalamatan register tidak langsung adalah 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

C. Pengenalan Displacement Addressing dan Stack Addresing

Displacement Addressing adalah menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung. Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit

Field eksplisit bernilai A dan field implisit mengarah pada register.

Ada tiga model displacement : Relative addressing, Base register addressing, Indexing

-  Relative addressing

   Register yang direferensi secara implisit adalah program counter (PC)

-  Alamat efektif relative addresing didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field alamat

- Relativ addressing memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk menyediakan operand-operand                  berikutnya

-  Base register addresing, 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 adalah 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-program iterative

Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-first-out. Stack merupakan blok lokasi yang terbalik. Butir ditambakan ke puncak stack sehingga setiap saat 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.

Tipe-Tipe Operand

Operand adalah sebuah objek yang ada pada operasi matematika yang dapat digunakan untuk melakukan operasi. Operand atau operator dalam bahasa C berbentuk simbol bukan berbentuk keyword atau kata yang biasa ada di bahasa pemrograman lain. Simbol yang digunakan bukan karakter yang ada dalam abjad tapi ada pada keyboard kita seperti =,<,>,* dan sebagainya.

Assignment (=) Tanda Sama Dengan

Operator sama dengan berfungsi menugaskan atau memberikan sebuah nilai pada suatu variabel.

contoh:

int a = 4;

Operator Aritmatika (+, -, *, /, %)[sunting]

Simbol	Operator
+	Penjumlahan
-	Pengurangan
*	Perkalian
/	Pembagian
%	Modulo

Modulo digunakan untuk mencari hasil dari sisa pembagian. Contoh 10%3 =1, karena 10 jika dibagi dengan 3 menghasilkan sisa 1.

Modulo pada tipe data float

Ketika kita mencoba mencari hasil dari sisa pembagian dari dua bilangan bertipe float atau desimal akan terjadi error dalam kompiler. Seperti potongan kode berikut ini.

float a, b, c; Jakobus

c = a%c;

Untuk mencari modulo atau modulus pada tipe data float harus dilakukan secara manual atau tanpa menggunakan keyword atau operator yang ada dalam bahasa c.

float a, b, c; int hasil = int (a/b); float c = a - float (hasil*b);

langkah pertama, bilangan pertama dibagi dengan bilangan kedua dan sisanya bertipe data integer, sehingga sisa hasil pembagian dianggap tidak ada contoh (10.5/3)=(3). langkah kedua, kita mencari sisa dari pembagian tersebut dengan cara bilangan pertama dikurangi dengan hasil pembagian bulat dari kedua angka dikali dengan bilangan kedua. sisa = 10.5 - float (3*3) sisa = 1.5

Compound assignment (+=, -=, *=, /=, %=, >>=, <<=, &=, ^=, |=)

Compound assigment adalah kombinasi dari assigment operator (operator sama dengan), digunakan untuk memperpendek suatu ekspresi dari suatu operasi dalam program.

Ekspresi	Bentuk Lain
a+=3	a = a + 3
a-=3	a = a - 3
a*=3	a = a * 3
a/=3	a = a /3
a%=3	a = a % 3
a>>=3	a = a >> 3
a<<=3	a = a << 3
a&=3	a = a & 3
a^=3	a = a ^ 3
=3	3

Tipe Tipe Operasi

a. 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 bgian paling atas sumber

b. Operasi set instruksi untuk arithmetic :

• ADD : penjumlahan

• SUBTRACT : pengurangan

• MULTIPLY : perkalian

• DIVIDE : pembagian

• ABSOLUTE

• NEGATIVE

• DECREMENT

•INCREMENT

Urutan 5 sampai 8 merupakan instruksi operand tunggal.

c. Operasi set instruksi untuk operasi logical :

• AND, OR, NOT, EXOR

• COMPARE : melakukan perbandingan logika.

• 3TEST : menguji kondisi tertentu.

• SHIFT : operand menggeser ke kiri atau kanan menyebabkan konstanta pada ujung bit.

• ROTATE : operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin.

d. Operasi set instruksi untuk conversi :

•TRANSLATE : menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasrkan tabel korespodensi.

•CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.

e. Operasi set instruksi Input / Ouput :

•INPUT : memindahkan data dari pernagkat I/O tertentu ke tujuan

•OUTPUT : memindahkan data dari sumber tertentu ke perangkat I/O

•START I/O : memindahkan instruksi ke prosesor I/O untuk mengawali operasi I/O

•TEST I/O : memindahkan informasi dari sistem I/O ke tujuan

f. Operasi set instruksi untuk transfer control :

•JUMP (cabang) : pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu.

•JUMP BERSYARAT : menguji persyaratan tertentu dan memuat PC dengan alamat tertentu atau tidak melakukan apa tergantung dari persyaratan.

•JUMP SUBRUTIN : melompat ke alamat tertentu.

•RETURN : mengganti isi PC dan register lainnya yang berasal dari lokasi tertentu.

•EXECUTE : mengambil operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi.

•SKIP : menambah PC sehingga melompati instruksi berikutnya.

•SKIP BERSYARAT : melompat atau tidak melakukan apa-apa berdasarkan pada persyaratan.

•HALT : menghentikan eksekusi program.

•WAIT (HOLD) : melanjutkan eksekusi pada saat persyaratan dipenuhi.

•NO OPERATION : tidak ada operasi yang dilakukan.

PENGAMALATAN

A.      Metodepengalamatan

Metodepengalamatanadalahbagaimanacaramenunjukdan  mengalamatisuatulokasimemoripada  sebuahalamat di mana operand akandiambil. Mode pengalamatanditerapkanpada set instruksi, pengalamatanmemberikanfleksibilitaskhusus yang sangatpenting. Mode pengalamataninimeliputi direct addressing, indirect addressing, dan immediate addressing.

1. Direct Addresing

Dalam mode pengalamatan direct addressing, harga yang akandipakaidiambillangsungdalamalamatmemori lain. Contohnya: MOV A,30h. Dalaminstruksiiniakandibaca data dari RAM internal denganalamat 30h dankemudiandisimpandalamakumulator. Mode pengalamataninicukupcepat, meskipunharga yang didapattidaklangsungseperti immediate, namuncukupcepatkarenadisimpandalam RAM internal.Demikian pula akanlebihmudahmenggunakan mode inidaripada mode immediate karenaharga yang didapatbisadarilokasimemori yang mungkinvariabel.

Kelebihandankekurangandari Direct Addresingantaralain :

• Kelebihan
• Field alamatberisiefektif address sebuah operand
• Kelemahan
• Keterbatasan field alamatkarenapanjang field alamatbiasanyalebihkecildibandingkanpanjang word

2. Indirect Addresing

Mode pengalamatan indirect addressing sangatbergunakarenadapatmemberikanfleksibilitastinggidalammengalamatisuatuharga. Mode ini pula satu-satunyacarauntukmengakses 128 byte lebihdari RAM internal padakeluarga 8052. Contoh: MOV A,@R0. Dalaminstruksitersebut, 89C51 akanmengambilharga yang beradapadaalamatmemori yang ditunjukkanolehisidari R0 dankemudianmengisikannyakeakumulator. Mode pengalamatan indirect addressing selalumerujukpada RAM internal dantidakpernahmerujukpada SFR. Karenaitu, menggunakan mode iniuntukmengalamatialamatlebihdari 7Fh hanyadigunakanuntukkeluarga 8052 yang memiliki 256 byte spasi RAM internal.

Kelebihandankekurangandari Indirect Addresingantaralain :

• Kelebihan
• Ruangbagialamatmenjadibesarsehinggasemakinbanyakalamat yang dapatreferensi
• Kekurangan
• Diperlukanreferensimemorigandadalamsatu fetch sehinggamemperlambatpreosesoperasi

3. Immediate Addresing

Mode pengalamatan immediate addressing sangatumumdipakaikarenaharga yang akandisimpandalammemorilangsungmengikutikodeoperasidalammemori. Dengan kata lain, tidakdiperlukanpengambilanhargadarialamat lain untukdisimpan. Contohnya: MOV A,#20h. Dalaminstruksitersebut, akumulatorakandiisidenganharga yang langsungmengikutinya, dalamhalini 20h. Mode inisangatlahcepatkarenaharga yang dipakailangsungtersedia.

KelebihandankekurangandariImmedieateAddresingantaralain :

• Keuntungan
• Tidakadanyareferensimemoriselaindariinstruksi yang diperlukanuntukmemperoleh operand
• Menghematsiklusinstruksisehingga proses keseluruhanakancepat
• Kekurangan
• Ukuranbilangandibatasiolehukuran field alamat
• B.       Pengenalanpada Register Addressing

Register adalahmerupakansebagianmemoridarimikroprosessor yang dapatdiaksesdengankecepatantinggi. Metodepengalamatan register ini  miripdengan mode pengalamatanlangsung. Perbedaannyaterletakpada field alamat yang mengacupada register, bukanpadamemoriutama. Field yang mereferensi register memilikipanjang 3 atau 4 bit, sehinggadapatmereferensi 8 atau 16 register general purpose.

Kelebihandankekurangan Register Addressing :

• Keuntunganpengalamatan register
• Diperlukan field alamatberukurankecildalaminstruksidantidakdiperlukanreferensimemori
• Akseskeregsterlebihcepatdaripadaakseskememori, sehingga proses eksekusiakanlebihcepat
• Kerugian
• Ruangalamatmenjaditerbatas

Register Indirect Addressing

Metodepengalamatan register tidaklangsungmiripdengan mode pengalamatantidaklangsung  Perbedaannyaadalah field alamatmengacupadaalamat register. Letak operand beradapadamemori yang ditujuolehisi register.

Kelebihanandankekuranganpengalamatan register tidaklangsungadalahsamadenganpengalamatantidaklangsung

• Keterbatasan field alamat  diatasidenganpengaksesanmemori yang tidaklangsungsehinggaalamat yang dapatdireferensimakinbanyak
• Dalamsatusikluspengambilandanpenyimpanan, mode pengalamatan register tidaklangsunghanyamenggunakansatureferensimemoriutamasehinggalebihcepatdaripada mode pengalamatantidaklangsung

1. C.       Pengenalan Displacement Addressing dan Stack Addresing

Displacement Addressingadalahmenggabungkankemampuanpengalamatanlangsungdanpengalamatan register tidaklangsung. Mode inimensyaratkaninstruksimemilikiduabuah field alamat, sedikitnyasebuah field yang eksplisit.

Field eksplisitbernilaiAdan field implisitmengarahpada register.

Ada tiga model displacement : Relative addressing, Base register addressing, Indexing

• Relative addressing

Register yang direferensisecaraimplisitadalahprogra counter (PC)

• Alamatefektif relative addresingdidapatkandarialamatinstruksisaatituditambahkanke field alamat
• Relativ addressing memanfaatkankonseplokalitasmemoriuntukmenyediakan operand-operand berikutnya
• Base register addresing, register yang direferensiberisisebuahalamatmemori, dan field alamatberisiperpindahandarialamatitu
• Referensi register dapateksplisitmaupunimplisit
• Memanfaatkankonseplokalitasmemori
• Indexing adalah field alamatmereferensialamatmemoriutama, dan register yang direferensikanberisipemindahanpositifdarialamattersebut
• Merupakankebalikandari mode base register
• Field alamatdianggapsebagaialamatmemoridalam indexing
• Manfaatpentingdari indexing adalahuntukeksekusi program-program iterative

Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-first-out. Stack merupakanbloklokasi yang terbalik. Butirditambakankepuncak stack sehinggasetiapsaatblokakanterisisecaraparsial. Yang berkaitandengan stack adalah pointer yang nilainyamerupakanalamatbagian paling atas stack. Duaelementeratas stack dapatberada di dalam register CPU, yang dalamhalini stack pointer mereferensikeelemenketiga stack. Stack pointer tetapberadadalam register

Dengandemikian, referensi-referensi  kelokasi stack di dalammemoripadadasarnyamerupakanpengalamatan register tidaklangsung.

FORMAT INSTRUKSI

Tujuan

-Memahami representasi set instruksi dan jenis-jenis format instruksi.

-Mengetahui jenis-jenis type operand yang digunakan.

-Macam-macam mode pengalamatan

-Format instruksi

-Format instruksi pada pentium

-Memahami implementasi set instruksi pada pentium II 

Sasaran 

-Pengetahuan tentang set instruksi sangat dirasakan manfaatnya oleh programmer bahasa tingkat rendah,

seperti bahasa assembler.

-Bagi programmer bahasa tingkat rendah sangat memerlukan informasi tentang penggunaan register 

dan spesifikasinya, struktur memory, maupun format instruksi.

-Bab ini juga akan membahas tentang karakteristik mesin instruksi, tipe-tipe operasi, 

mode pengalamatan dan format instruksi.

Karakteristik instruksi mesin

1.Instruksi mesin (machine instruction) yang dieksekusi membentuk suatu operasi dan berbagai macam fungsi CPU.

2.Kumpulan fungsi yang dapat dieksekusi CPU disebut set instruksi (instruction set) CPU.

3.Mempelajari karakteristik instruksi mesin, meliputi:

- elemen-elemen instruksi mesin

- representasi instruksinya

- jenis-jenis instruksi

- penggunaan alamat

- rancangan set instruksi

1. Elemen Instruksi Mesin

-Untuk dapat dieksekusi CPU, suatu instruksi harus berisi elemen informasi yang diperlukan CPU secara lengkap dan jelas.

-Elemen – elemennya:

1. Operation Code (Opcode) 

menspesifikasikan operasi yang akan dilakukan. Kode operasi berbentuk kode biner.

2. Source Operand Reference

operasi dapat berasal dari lebih satu sumber. Operand adalah input instruksi.

3. Result Operand Reference

Merupakan hasil atau keluaran operasi.

4. Next Instruction Reference

elemen ini menginformasikan CPU posisi instruksi berikutnya yang harus diambil dan dieksekusi

Operand dari Operasi

Melihat dari operasi, operand suatu operasi dapat berada di salah satu dari ketiga daerah berikut:

- memori utama atau memori virtual

- register CPU

- perangkat I/O

2. Representasi Instruksi

-Instruksi komputer 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 mengindikasikan suatu operasi bagi CPU.

* Contoh mnemonic:

- ADD = penambahan

- SUB = subtract (pengurangan)

- LOAD = muatkan data ke memori

*Contoh representasi operand secara simbolik: 

- ADD X, Y 

artinya: tambahkan nilai yang berada pada lokasi Y dengan isi register X dan simpan hasilnya di register X.

*Programmer dapat menuliskan program bahasa mesin dalam bentuk simbolik.

*Setiap opcode simbolik memiliki representasi biner yang tetap dan programmer dapat menetapkan lokasi masing-masing operand. 

3. Jenis – jenis Instruksi

Contoh suatu ekspresi bilangan:

X = X + Y;

X dan Y berkorespondensi dengan lokasi 210 dan 211.

Pernyataan dalam bahasa tingkat tinggi tersebut menginstruksikan komputer untuk melakukan 

langkah berikut ini:

-Muatkan sebuah register dengan isi lokasi memori 210.

-Tambahkan isi lokasi memori 211 ke register.

-Simpan isi register ke lokasi memori 210.

Korelasi

-Terlihat hubungan antara ekspresi bahasa tingkat tinggi dengan bahasa mesin.

-Dalam bahasa tangkat tinggi, operasi dinyatakan dalam bentuk aljabar singkat menggunakan variabel.

-Dalam bahasa mesin hal tersebut diekspresikan dalam operasi perpindahan antar register.

-Dapat ditarik kesimpulan bahwa instruksi-instruksi mesin harus mampu mengolah data sebagai implementasi keinginan-keinginan kita.

-Terdapat kumpulan unik set instruksi, yang dapat digolongkan dalam jenis-jenisnya, yaitu:

*.Pengolahan data (data processing) 

Meliputi operasi-operasi aritmatika dan logika. Operasi aritmatika memiliki kemampuan komputasi 

untuk pengolahan data numerik. Sedangkan instruksi logika beroperasi terhadap bit-bit word sebagai 

bit, bukannya sebagai bilangan, sehingga instruksi ini memiliki kemampuan untuk 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 penyimpanan 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. Instruksi ini berfungsi untuk pengontrolan status dan mengoperasikan percabangan ke set instruksi lain.

4. 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 ini 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.

-Jumlah bit dan referensi per instruksi lebih sedikit sehingga fetch dan eksekusi lebih cepat.

-Jumlah instruksi per program biasanya jauh lebih banyak.

-Pada jumlah alamat per instruksi banyak, jumlah bit dan referensi instruksi lebih banyak sehingga waktu eksekusi lebih lama.

-Diperlukan register CPU yang banyak, namun operasi antar register lebih cepat.

-Lebih mudah mengimplementasikan fungsi-fungsi yang kita inginkan.

-Jumlah instruksi per program jauh lebih sedikit.

-Untuk lebih jelas perhatikan contoh instruksi – instruksi dengan jumlah register berbeda untuk menyelesaikan persoalan yang sama.

Contoh penggunaan instruksi dengan alamat 1, 2 dan 3 untuk menyelesaikan operasi hitungan:

Y = (A - B) : (C + D * E)

Contoh instruksi 2 dan 3 alamat

Instruksi 3 alamat

Instruksi Komentar

SUB Y, A, B Y =A — EI

MF'Y T, D, E T= D >< E

ADD T, T, C T=T + C

DIV Y, Y, T Y= Y + T

Instruksi 2 alamat

Instruksi KOmmentar

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

Contoh instruksi 1 alamat

Instruksi Komentar

LOAD D AC =D

MPY E AC = AC E

ADD C AC= AC + C

STOP Y Y = AC

LOAD A AC = A

SUB B AC = AC - B

DN Y AC =AC + Y

STOP Y Y= AC

Instruksi Keterangan isi stack

PUSH B B

PUSH A B.A

SUB A-B (A-B)

PUSH E (A·B).E

PUSH D (A-B).E.D

MUL D*E (A-B).(D*E)

PUSH C [A-B).(D*E).C

ADD C+(D*E) (A-B).(C+D*E)

DIV {A-B)/(C+(D*E)} (A-B)/(C+(D"E}}

Spesifikasi instruksi 3 alamat

-Simbolik: a = b + c

-Format alamat: hasil, operand1, operand2

-Digunakan dalam arsitektur MIPS

Spesifikasi instruksi 2 alamat

-Simbolik: a = a + b

-Satu alamat diisi operand terlebih dahulu kemudian digunakan untuk menyimpan hasilnya.

-Tidak memerlukan instruksi yang panjang.

-Jumlah instruksi per program akan lebih banyak dari 3 alamat.

-Diperlukan penyimpanan sementara untuk menyimpan hasil. 

Spesifikasi instruksi 1 alamat

-Memerlukan alamat implisit untuk operasi

-Menggunakan register accumulator (AC) dan digunakan pada mesin lama.

Spesifikasi instruksi 0 alamat

-Seluruh alamat yang digunakan adalah implisit

-Digunakan pada organisasi memori, terutama operasi stack 

5. Rancangan Set Instruksi

-Aspek paling menarik dalam arsitektur komputer adalah perancangan ini berpengaruh banyak pada aspek lainnya.

-Set instruksi menentukan banyaknya fungsi yang harus dilakukan CPU.

-Set instruksi merupakan alat bagi pemrogram untuk mengontrol kerja CPU.

-Pertimbangan: kebutuhan pemrogram menjadi bahan pertimbangan dalam merancang set instruksi.

Masalah yang fundamental meliputi:

*Operation repertoire:

Berapa banyak dan operasi-operasi apa yang tersedia.

Sekompleks apakah operasi itu seharusnya

*Data Types:

Jenis data 

Format data

*Instruction format:

Panjang instruksi

Jumlah alamat

Ukuran field

*Register:

Jumlah register CPU yang dapat direferensikan oleh instruksi dan fungsinya

*Addressing:

Mode untuk menspesifikasikan alamat suatu operand

Tipe Operasi

Dalam perancangan arsitektur komputer, jumlah kode operasi akan sangat berbeda untuk masing-masing komputer,

tetapi terdapat kemiripan dalam jenis operasinya.

Jenis operasi komputer

-Transfer data – konversi

-Aritmatika – input/output

-Logika – kontrol sistem dan transfer kontrol

Transfer Data

1.Instruksi transfer data harus menetapkan:

-Lokasi operand sumber

-Lokasi operand tujuan 

-Panjang data yang akan dipindahkan 

-Mode pengalamatannya

2.Apabila sebuah atau kedua operand berada di dalam memori, maka CPU harus melakukan sebagian atau seluruh tindakan berikut:

-Menghitung alamat memori, yang didasarkan pada mode alamat.

-Apabila alamat mengacu pada virtual memori harus dicari alamat memori sebenarnya.

-Menentukan apakah alamat berada dalam cache memori.

-Bila di cache tidak ada, dikeluarkan perintah ke modul memori.

KESIMPULAN

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. Operand itu sendiri adalah sebuah objek yang ada pada operasi matematika yang dapat digunakan untuk melakukan operasi. Operand atau operator dalam bahasa C berbentuk simbol bukan berbentuk keyword atau kata yang biasa ada di bahasa pemrograman lain. Simbol yang digunakan bukan karakter yang ada dalam abjad tapi ada pada keyboard kita seperti =,<,>,* dan sebagainya. Metode pengalamatan adalah bagaimana cara menunjuk dan mengalamati suatu lokasi memori pada sebuah alamat di mana operand akan diambil. Mode pengalamatan diterapkan pada set instruksi, pengalamatan memberikan fleksibilitas khusus yang sangat penting. Mode pengalamatan ini meliputi direct addressing, indirect addressing, dan immediate addressing.

Sumber pustaka :

http://zilan7green.blogspot.com/2013/02/makalah-arsitektur-komputer-mode.html

http://myant2526.blogspot.com/2010/04/set-instruksi-tujuan-memahami.html

http://www.slideshare.net/Henniheny/set-instruksi-27850098

COMPUTER ARITHMETIC

ARITHMATIC LOGICAL UNIT (ALU)

Arithmatic Logical Unit (ALU), adalah salah satu bagian/komponen dalam sistem di dalam sistem komputer yang berfungsi melakukan operasi/perhitungan aritmatika dan logika (Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. ALU bekerja besama-sama memori, di mana hasil dari perhitungan di dalam ALU di simpan ke dalam memori.

Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang merepresentasikan instruksi yang akan dieksekusi (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU biasanya menggunakan sistem bilangan biner two’s complement. ALU mendapat data dari register. Kemudian data tersebut diproses dan hasilnya akan disimpan dalam register tersendiri yaitu ALU output register, sebelum disimpan dalam memori.

Pada saat sekarang ini sebuah chip/IC dapat mempunyai beberapa ALU sekaligus yang memungkinkan untuk melakukan kalkulasi secara paralel. Salah satu chip ALU yang sederhana (terdiri dari 1 buah ALU) adalah IC 74LS382/HC382ALU (TTL). IC ini terdiri dari 20 kaki dan beroperasi dengan 4×2 pin data input (pinA dan pinB) dengan 4 pin keluaran (pinF).

Arithmatic Logical Unit (ALU), fungsi unit ini adalah untuk melakukan suatu proses data yang berbentuk angka dan logika, seperti data matematika dan statistika. ALU terdiri dari register-register untuk menyimpan informasi.Tugas utama dari ALU adalah melakukan perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan instruksi program. Rangkaian pada ALU (Arithmetic and Logic Unit) yang digunakan untuk menjumlahkan bilangan dinamakan dengan Adder. Adder digunakan untuk memproses operasi aritmetika, Adder juga disebut rangkaian kombinasional aritmatika.

Ada 3 jenis adder:

    1. Rangkaian Adder dengan menjumlahkan dua bit disebut Half Adder.

    2. Rangkaian Adder dengan menjumlahkan tiga bit disebut Full Adder.

    3. Rangkain Adder dengan menjumlahkan banyak bit disebut Paralel Adder

1. Half Adder 

Rangkaian Half Adder merupakan dasar penjumlahan bilangan Biner yang terdiri dari satu bit, oleh karena itu dinamai Penjumlah Tak Lengkap.

a. jika A = 0 dan B = 0 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0.

b. jika A = 0 dan B = 1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 1.

c. jika A = 1 dan B = 1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0

jika A = 1 dan B =1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0. dengan nilai pindahan cy(Carry Out) = 1

Dengan demikian, half adder memiliki 2 masukan ( A dan B ) dan dua keluaran ( S dan Cy ).

2. Full Adder 

Sebuah Full Adder menjumlahkan dua bilangan yang telah dikonversikan menjadi bilangan-bilangan biner. Masing-masing bit pada posisi yang sama saling dijumlahkan. Full Adder sebagai penjumlah pada bit-bit selain yang terendah. Full Adder menjumlahkan dua bit input ditambah dengan nilai Carry-Out dari penjumlahan bit sebelumnya. Output dari Full Adder adalah hasil penjumlahan (Sum) dan bit kelebihannya (carry-out).

3. Paralel Adder 

Rangkaian Parallel Adder adalah rangkaian penjumlah dari dua bilangan yang telah dikonversikan ke dalam bentuk biner. Anggap ada dua buah register A dan B, masing-masing register terdiri dari 4 bit biner : A3A2A1A0 dan B3B2B1B0.

Rangkaian Parallel Adder terdiri dari Sebuah Half Adder (HA) pada Least Significant Bit (LSB) dari masing-masing input dan beberapa Full Adder pada bit-bit berikutnya. Prinsip kerja dari Parallel Adder adalah sebagai berikut : penjumlahan dilakukan mulai dari LSB-nya. Jika hasil penjumlahan adalah bilangan desimal “2” atau lebih, maka bit kelebihannya disimpan pada Cout, sedangkan bit di bawahnya akan dikeluarkan pada Σ. Begitu seterusnya menuju ke Most Significant Bit (MSB)nya.

Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi sesuai dengan instruksi program yaitu operasi logika (logical operation). Operasi logika meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika.

Arithmatic Logical Unit (ALU):

·         Bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer.

·         ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian ini mengerjakan instruksi – instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya

·         ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki spesifikasi dan tugas tersendiri.

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.

Arithmetic Logical Unit (ALU) merupakan unit penalaran secara logic. ALU ini merupakan Sirkuit CPU berkecepatan tinggi yang bertugas menghitung dan membandingkan. Angka-angka dikirim dari memori ke ALU untuk dikalkulasi dan kemudian dikirim kembali ke memori. Jika CPU diasumsikan sebagai otaknya komputer, maka ada suatu alat lain di dalam CPU tersebut yang kenal dengan nama Arithmetic Logical Unit (ALU), ALU inilah yang berfikir untuk menjalankan perintah yang diberikan kepada CPU tersebut.

ALU sendiri merupakan suatu kesatuan alat yang terdiri dari berbagai komponen perangkat elektronika termasuk di dalamnya sekelompok transistor, yang dikenal dengan nama logic gate, dimana logic gate ini berfungsi untuk melaksanakan perintah dasar matematika dan operasi logika. Kumpulan susunan dari logic gate inilah yang dapat melakukan perintah perhitungan matematika yang lebih komplit seperti perintah “add” untuk menambahkan bilangan, atau “devide” atau pembagian dari suatu bilangan. Selain perintah matematika yang lebih komplit, kumpulan dari logic gate ini juga mampu untuk melaksanakan perintah yang berhubungan dengan logika, seperti hasil perbandingan dua buah bilangan.

Instruksi yang dapat dilaksanakan oleh ALU disebut dengan instruction set. Perintah yang ada pada masing-masing CPU belum tentu sama, terutama CPU yang dibuat oleh pembuat yang berbeda, katakanlah misalnya perintah yang dilaksanakan oleh CPU buatan Intel belum tentu sama dengan CPU yang dibuat oleh Sun atau perusahaan pembuat mikroprosesor lainnya. Jika perintah yang dijalankan oleh suatu CPU dengan CPU lainnya adalah sama, maka pada level inilah suatu sistem dikatakan compatible. Sehingga sebuah program atau perangkat lunak atau software yang dibuat berdasarkan perintah yang ada pada Intel tidak akan bisa dijalankan untuk semua jenisprosesor,kecuali untuk prosesor yang compatible dengannya.

Seperti halnya dalam bahasa yang digunakan oleh manusia, instruction set ini juga memiliki aturan bahasa yang bisa saja berbeda satu dengan lainnya. Bandingkanlah beda struktur bahasa Inggris dengan Indonesia, atau dengan bahasa lainnya, begitu juga dengan instruction set yang ada pada mesin, tergantung dimana lingkungan instruction set itu digunakan.

INTEGER REPRESENTATION 

Dalam sistem bilangan biner , semua bilangan dapat direpresentasikan dengan hanya menggunakan bilangan 0 dan 1, tanda minus, dan tanda titik.

Misalnya: -1101.01012 = -11.312510. Namun untuk keperluan penyimpanan dan pengolahan komputer, kita tidak perlu menggunakan tanda minus dan titik. Hanya bilangan biner (0 dan 1) yang dapat merepresentasikan bilangan. Bila kita hanya memakai integer non-negatif, maka representasinya akan lebuh mudah. Sebuah word 8-bit dapat digunakan untuk merepresentasikan bilangan 0 hingga 255. Misalnya:

00000000= 0

00000001= 1

00101001 = 41

  10000000  = 128

   11111111= 225

Umumnya bila sebuah rangkaian n-bit bilangan biner an-1an-2…a1a0 akan diinterpretasikan sebagai unsigned integer A.

Representasi Nilai Tanda

Penggunaan unsigned integer tidak cukup untuk merepresentasikan bilangan integer negatif dan juga bilangan positif integer. Karena itu terdapat beberapa konvesi lainnya yang dapat kita gunakan. Konvesi-konvesi lainnya meliputi perlakuan terhadap bit yang paling berarti (paling kiri) di dalam word bit tanda. Apabila bit paling kiri sama dengan 0 suatu bilangan adalah positif , sedangkan bila bit yang paling kiri sama dengan 1 bilangan bernilai negatif.

Bentuk yang paling sederhana representasi yang memakai bit tanda representasi nilai tanda. Pada sebuah word n bit, n – 1 bit yang paling kanan menampung  nilai integer. Misalnya:

+ 18 = 00010010
-  18 = 10010010 (sign-magnitude/nilai-tanda)

Terdapat beberapa kekurangan pada representasi nilai-tanda penambahan dan pengurangan memerlukan pertimbangan baik tanda bilangan ataupun nilai relatifnya agar dapat berjalan pada operasi yang diperlukan.

Kekurangannya lainnya terdapat dua representasi bilangan 0:

+ 010 = 00000000
-  010 = 10000000 (sign-magnitude)

Representasi komplemen dua

Representasi komplemen dua ( two’s complement representation)  mengatasi dua buah kekurangan yang terdapat pada representasi nilai- tanda. Penambahan dan pengurangan   nilai-tanda (sign-magnitude) tidak mencukupi danterdapat dua buah representasi bilangan nol. Representasi komplemen dua menggunakan bit yang paling berarti sebagai bit tanda  memudahkannya untuk mengetahui apakah sebuah integer bernilai positif atau negatif.

Representasi ini berbeda dengan representasi nilai-tanda dengan cara menginterpretasikan bit-bit lainnya. Representasi komplemen dua akan lebih mudah dimengerti dengan mendefinisikannya dalam bentuk jumlah bobot bit  seperti telah kita lakukan diatas pada representasi unsigned-magnitude dan sign-magnitude. Bilangan nol akan diidentifikasikan sebagai positif,  memiliki tanda bit 0 dan nilai keseluruhan 0.

Kita dapat melihat bahwa range integer positif yang dapat direpresentasikan mulai 0 (seluruh magnitude bit-nya sama dengan 0) hingga 2n-1-1 (seluruh magnitude bit-nya 1).   bilangan yang lebih besar akan memerlukan bit yang lebih banyak.

Sekarang  bilangan negatif A, bit tanda an-1, sama dengan 1. n-1 bit sisanya dapat mengambil salah satu dari 2n-1 nilai.

Karena itu, range integer negatif yang dapat direpresentasikan  mulai –1 hingga -2n-1.

Hasilnya  assignment yang mudah bagi nilai  untuk membiarkan bit-bit an-1 an-2…a:a0 akan sama dengan bilangan positif 2n-1 –A.

Konversi Antara panjang Bit Yang Berlainan 

Kadang-kadang kita perlu mengambil sebuah integer n bit dan menyimpannya di dalam m bit, dengan m > n.

Pada notasi sign-magnitude  mudah dilaksanakan: cukup memindahkan bit tanda ke posisi terkiri yang baru dan mengisinya dengan nol. Misalnya:

+18 =                        00010010    (sign-magnitude, 8 bit)
+18 =         0000000000010010    (sign-magtitude, 16 bit)
-18 =                          10010010    (sign-magnitude, 8 bit)
-18 =          1000000000010010    (sign-magtitude, 16 bit)

Prosedur di atas tidak berlaku bagi integer negatif komplemen dua. Dengan memakai contoh yang sama:

+18 =                       00010010    (komplemen dua, 8 bit)
+18 =        0000000000010010    (komplemen dua, 16 bit)
-18 =                        10010010    (komplemen dua, 8 bit)
-65.518 =  1000000000010010     (komplemen dua, 16 bit)

Aturan integer komplemen dua adalah untuk memindahkan bit tanda ke posisi terkiri yang baru dan mengisinya dengan salinan-salinan bit tanda.

Bilangan positif diisi dengan 0 dan  bilangan negatif isi dengan 1

-18 =                          10010010    (komplemen dua, 8 bit)
-18 =          1111111100010010    (komplemen dua, 16 bit)

INTEGER ARITHMATIC
Bagian ini akan membahas fungsi-fungsi aritmatik bilangan dalam representasi komplemen dua.

A. Negasi
Pada notasi komplemen dua, pengurangan sebuah bilangan integer dapat dibentuk dengan mengunakan aturan berikut:
Anggaplah komplemen boolean seluruh bit bilangan integer (termasuk bittanda). Perlakukan hasilnya sebagai sebuah unsigned binary integer, tambahkan1. misalnya:18=00010010 (komplemen dua).

b.  Representasi Integer Positif,negatif,dan bilangan 0.

Bila sebuah bilangan integer positif dan negatif yang sama direpresentasikan (sign – magnitude),maka harus ada representasi bilangan positif dan negatif yang tidak sama.

Bila hanya terdapat sebuah representasi bilangan 0 (komplemen dua),maka harus ada representasi bilangan positif dan negatif yang tidak sama.

Pada kasus komplemen dua,terdapat representasi bilangan n-bit untuk -2n,tapi tidak terdapat untuk 2n   

FLOATING POINT REPRESENTATION 

Dalam komputasi floating point menjelaskan metode mewakili perkiraan dari sejumlah nyata dalam cara yang dapat mendukung berbagai nilai . Jumlahnya , secara umum , mewakili sekitar untuk tetap jumlah digit yang signifikan ( mantissa ) dan ditingkatkan menggunakan eksponen .

Dengan asumsi bahwa resolusi terbaik adalah di tahun cahaya , hanya 9 desimal yang paling signifikan digit materi , sedangkan sisanya 30 digit membawa suara murni , dan dengan demikian dapat dengan aman dijatuhkan. Ini merupakan penghematan dari 100 bit penyimpanan data komputer . Alih-alih dari 100 bit , jauh lebih sedikit digunakan untuk mewakili skala ( eksponen ) , misalnya 8 bit atau 2 digit desimal .

Istilah floating point mengacu pada fakta bahwa nomor itu radix point ( titik desimal , atau , lebih umum pada komputer , titik biner ) dapat “mengambang” , yang , dapat ditempatkan di manapun relatif terhadap angka yang signifikan dari nomor tersebut. Posisi ini diindikasikan sebagai komponen eksponen dalam representasi internal , dan floating point sehingga dapat dianggap sebagai realisasi komputer notasi ilmiah .
Selama bertahun-tahun , berbagai representasi floating-point telah digunakan dalam komputer . Namun, sejak tahun 1990 , representasi paling sering ditemui adalah bahwa didefinisikan oleh IEEE 754 standar .    Dalam notasi ilmiah , jumlah yang diberikan ditingkatkan oleh kekuatan 10 sehingga terletak dalam kisaran tertentu – biasanya antara 1 dan 10 , dengan titik radix muncul segera setelah angka pertama . The faktor skala , sebagai kekuatan sepuluh , kemudian ditunjukkan secara terpisah pada akhir nomor . Misalnya, periode revolusi bulan Jupiter Io adalah 152853.5047 detik , nilai yang akan diwakili dalam notasi ilmiah standar – bentuk sebagai 1,528535047 × 105 detik .
Representasi floating-point mirip dalam konsep notasi ilmiah . Logikanya , angka floating -point terdiri dari:

Sebuah ditandatangani ( yang berarti positif atau negatif ) string yang digit panjang diberikan dalam dasar yang diberikan ( atau radix ) . String ini digit disebut sebagai significand , koefisien atau , lebih jarang , mantissa ( lihat di bawah ) . Panjang significand menentukan presisi yang nomor dapat diwakili. Radix Posisi titik diasumsikan untuk selalu berada di suatu tempat dalam significand – sering hanya setelah atau sebelum yang paling signifikan digit , atau di sebelah kanan paling kanan (paling signifikan ) digit . Artikel ini umumnya akan mengikuti konvensi bahwa titik radix hanya setelah paling signifikan ( paling kiri ) digit .

Sebuah integer ditandatangani eksponen , juga disebut sebagai karakteristik atau skala , yang memodifikasi besarnya nomor . Untuk memperoleh nilai dari angka floating-point , seseorang harus kalikan significand dengan dasar pangkat dari eksponen , setara dengan menggeser radix poin dari posisi tersirat oleh sejumlah tempat sama dengan nilai eksponen – ke kanan jika eksponen positif atau ke kiri jika eksponen negatif.
Menggunakan basis- 10 ( notasi desimal akrab ) sebagai contoh , jumlah 152853,5047 , yang memiliki sepuluh angka desimal presisi , diwakili sebagai significand 1,528535047 bersama dengan eksponen 5 ( jika posisi tersirat dari radix point setelah pertama yang paling signifikan digit, di sini 1 ). Untuk menentukan nilai yang sebenarnya , titik desimal ditempatkan setelah digit pertama significand dan hasilnya dikalikan dengan 105 untuk memberikan 1,528535047 × 105 , atau 152853,5047. Dalam menyimpan nomor tersebut , dasar ( 10 ) tidak perlu disimpan , karena akan sama untuk seluruh kisaran angka didukung , dan dengan demikian dapat disimpulkan . 

Secara simbolis , ini adalah nilai akhirdimana  adalah nilai significand            ( setelah memperhitungkan tersirat radix point) , B adalah dasar, dan E adalah eksponen.
ekuivalen : di mana s di sini berarti nilai integer dari seluruh significand , mengabaikan semua titik desimal tersirat , dan p adalah – presisi jumlah digit di significand tersebut .
Secara historis , beberapa pangkalan nomor telah digunakan untuk mewakili angka floating -point , dengan basis 2 ( biner ) yang paling umum, diikuti oleh basis 10 ( desimal ) , dan varietas yang kurang umum lainnya , seperti basis 16 ( notasi heksadesimal ) , sebagai serta beberapa yang eksotis seperti 3 (lihat Setun ) .

Angka floating-point adalah bilangan rasional karena mereka dapat direpresentasikan sebagai salah satu bilangan bulat dibagi dengan yang lain . Misalnya 1,45 × 103 adalah (145 /100) * 1000 atau 145000/100 . Dasar namun menentukan pecahan yang dapat diwakili . Misalnya , 1/ 5 tidak dapat diwakili tepat sebagai angka floating-point menggunakan basis biner tetapi dapat diwakili tepat menggunakan basis desimal ( 0,2 , atau 2 × 10-1. Namun 1/3 tidak dapat diwakili tepat oleh salah biner ( 0,010101 … ) atau desimal ( 0,333 ./ ) , tetapi dalam basis 3 itu adalah sepele ( 0,1 atau 1 × 3-1 ) . Kesempatan di mana ekspansi terbatas terjadi tergantung pada dasar dan faktor utama, seperti yang dijelaskan dalam artikel tentang Notasi Positional, Cara di mana significand tersebut , eksponen dan tanda bit secara internal disimpan di komputer sangat tergantung dari implementasi .

Secara Umum format IEEE dijelaskan secara rinci nanti dan di tempat lain , tetapi sebagai contoh , dalam representasi ( 32 -bit ) floating-point presisi tunggal biner p = 24 dan seterusnya significand adalah string dari 24 bit . Misalnya , jumlah π pertama 33 bit adalah 11001001 00001111 11011010 10100010 0 . Mengingat bahwa bit -24 adalah nol , pembulatan sampai 24 bit dalam mode biner berarti menghubungkan bit -24 dengan nilai 25 yang menghasilkan 11.001.001 00.001.111 11.011.011 . Ketika ini disimpan menggunakan pengkodean IEEE 754 , ini menjadi significand dengan e = 1 (di mana s diasumsikan memiliki titik biner di sebelah kanan bit pertama ) setelah kiri penyesuaian ( atau normalisasi ) selama memimpin atau tertinggal nol terpotong harus ada apapun.

FLOATING POINT ARITHMATIC

Dalam komputasi, floating point adalah representasi dari perkiraan bilangan real dengan cara yang dapat mendukung trade-off antara jangkauan dan presisi. Sejumlah adalah, secara umum, mewakili sekitar untuk tetap jumlah digit yang signifikan (significand) dan skalamenggunakan eksponen; dasar untuk scaling biasanya dua, sepuluh, atau enam belas. 

Titik Istilah floating mengacu pada fakta bahwa titik radix nomor ini (titik desimal, atau, komputer lebih sering pada, titik biner) dapat "mengambang"; yaitu, dapat ditempatkan di manapun relatif terhadap angka signifikan dari nomor tersebut. Posisi ini diindikasikan sebagaikomponen eksponen, dan dengan demikian representasi floating-point dapat dianggapsebagai semacam notasi ilmiah. 

Representasi floating-point tersebut mungkin dapat mewakili nomor yang memiliki magnitude besar (misalnya, jarak antar galaksi dalam hal kilometer), tetapi tidak untuk ketepatan nomor yang mempunyai besar yang sangat kecil (misalnya, jarak pada skala Femtometer yang);sebaliknya, representasi floating-point tersebut mungkin dapat mewakili besarnya sangat kecil, tapi tidak secara bersamaan berkekuatan sangat besar. Hasil rentang dinamis ini adalahbahwa angka-angka yang dapat diwakili tidak seragam spasi; perbedaan antara dua angkarepresentable berturut-turut tumbuh dengan skala yang dipilih.  

Selama bertahun-tahun, berbagai floating-point representasi telah digunakan dalam komputer.Namun, sejak tahun 1990-an, representasi paling sering ditemui adalah bahwa didefinisikan oleh IEEE 754 standar. 

Kecepatan operasi floating-point, biasanya diukur dalam hal FLOPS, merupakan ciri pentingdari sebuah sistem komputer, terutama untuk aplikasi yang melibatkan intensif perhitungan matematis.

KESIMPULAN

Di dalam sebuah sistem komputer terdapat sebuah komponen yang disebut Arithmatic Logic Unit yang berfungsi untuk melakukan operasi perhitungan aritmatik yang menggunakan kode biner. ALU memperoleh data-datanya dari register yang kemudian diproses dan hasilnya akan disimpan di dalam ALU output register sebelum akhirnya disimpan ke dalam memory. Dapat dikatakan bahwa ALU inilah yang berfikir untuk menjalankan perintah yang diberikan kepada sebuah CPU.

 sumber: 

http://rikkyiriantonop99.blogspot.com/2014/10/computer-arithmetic.html

http://lookupmens.blogspot.com/2011/03/pengertian-dan-cara-kerja-arithmatic.html