iki20210 pengantar organisasi komputer kuliah minggu ke · pdf filependahuluan (1) 02. set...

Fasilkom UI – IKI20210 1

1

IKI20210Pengantar Organisasi Komputer

Kuliah Minggu ke-2: Arsitektur Set Instruksi

diadaptasikan dari materi kuliahCS61C/2000 & CS152/1997 2000/1997 UCB

11 September 2002

Bobby Nazief ([email protected])Johny Moningka ([email protected])

bahan kuliah: http://www.cs.ui.ac.id/~iki20210/

2

Outline Materi Kuliah (revisi)01. Pendahuluan (1)

02. Set Instruksi (2.1 – 2.4)

03. Bahasa Rakitan AVR

04. Assembler (AVR Assembler)

05. Prosesor (3)

06. Prosesor (3)

07. Memori (5)

08. Memori (5)

09. I/O (4)

10. Aritmatika (6)

11. Aritmatika (6)

12. Interupsi, Peripheral (9)

13. Pipeline (7)

14. Dukungan HLL/OS

15. Reserve

04-09-02

11-09-02

18-09-02

25-09-02

02-10-02

09-10-02

16-10-02

23-10-02

13-11-02

20-11-02

27-11-02

18-12-02

01-01-03

08-01-03

15-01-03

Tugas Pemrograman

#1: Aritmatika & Logika

#2: Branch

#3: SubRutin

#4: I/O (tanpa Interupsi)

#5: Interupsi

https://www.youtube.com/user/Dewa89s


3

Review: Machine Instructions

° Bagaimana memberikan instruksi ke mesin komputer?

• Beberapa bits untuk jenis instruksi/operasi

• Beberapa bits untuk alamat sumber dari operand

• Beberapa bits untuk alamat hasil operand

° Dimana bits instruksi harus disimpan?

operation result addr op1 addr op2 addr

0N-1

d = x + y -----> Add d x y

Bits

jenis instruksi alamat operand / variabel

4

Review: The Stored Program Computer

° Memory menyimpan instruksi dan datasebagai bits.

° Instruksi diambil oleh prosesor dari memori, diartikan, dan,• Operands (data) diambil, diolah, dan disimpan ke

memori.

° Contoh Instruksi 4-digit• Operasi: 0 => add, 1 => sub

• Alamat hasil

• Alamat op1

• Alamat op2

0 0 7 4 51 1 8 7 62 0 9 8 634 0 0 6 15 0 0 1 76 0 0 0 37 0 0 0 08 0 0 0 09 0 0 0 0

data

instruksiinstruksi 0: 07450=add (jenis instruksi), 7=addr. result, 4=addr op1, 5=addr op2

Apa yang berada di lokasi 9 setelah eksekusi instruksi 0, 1, 2?



5

Agenda

° Pengkodean Informasi: Data

° Pengalamatan Memori

° Register

° Pengkodean Informasi: Instruksi

° Pengeksekusian Instruksi• Straight-line sequencing

• Branching

° Condition Codes

° Modus Pengalamatan

° Stacks

° SubRoutines

6

Pengkodean Informasi: Representasi Data

° Binary: 0,11011010 = 1x26 + 0x25 + 1x24 + 1x23 + 0x22 + 1x2 + 0x20

= 64 + 16 + 8 + 2 = 90

° Decimal: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,990 = 9x101 + 0x100

° Hexa-Decimal: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F5A = 5x161 + 10x160

= 80 + 10 = 90• Penulisan: 0x5A

° Bit String:• 4 bits àà nibble• 8 bits àà byte• 16 bits àà half-word• 32 bits àà word• 64 bits àà double-word



7

Pengkodean Informasi: Angka & Huruf

° Angka:• Sign-Magnitude

- Bilangan positif/negatif ditentukan oleh MSB: sign bit;sisanya: magnitude

Contoh: 0101 àà +(101) = 5, 1101 = -(101) = -5

• 1’s Complement

- Bilangan negatif = Komplemen-1 dari bilangan positifnya

Contoh: -5 = 0101 = 1010

• 2’s Complement

- Bilangan negatif = Komplemen-2 dari bilangan positifnya

Contoh: -5 = 0101 + 1 = 1010 + 1 = 1011

° Huruf àà ASCII• 1 huruf direpresentasikan 7 bit atau 2 nibble/1 byte

• ‘A’ àà 0x41, ‘a’ àà 0x61

8

Pengalamatan Memori

01

i

2k-1

Alamat n bits

Word 0Word 1

Word i

Word 2k-1

° k menentukan besarnya ruang alamat (address space) memori:• k = 16 àà ruang alamat = 216

(64536) lokasi• k = 32 àà ruang alamaat =

232 (4 G) lokasi

° n menentukan besarnya suatu word (jumlah bit)• n = 8, 16, 32, 64

° Umumnya ukuran peng-alamatan terkecil adalah dalam orde byteàà byte addressable



9

Pengalamatan Objek: Endianess

° Big Endian: address of most significant• IBM 360/370, Motorola 68k, MIPS, Sparc, HP PA

° Little Endian: address of least significant• Intel 80x86, DEC Vax, DEC Alpha (Windows NT)

0 1 2 3

Word 0 msb lsb

1 0Word 4

3 2 1 0

lsb msb

0 1

Word 0

Word 4

5 0

0 5

10

Operasi pada Memori

Processor(active)

Control(“brain”)

Datapath(“brawn”)

0 0 7 4 51 1 8 7 62 0 9 8 634 0 0 6 15 0 0 1 76 0 0 0 37 0 0 0 08 0 0 0 09 0 0 0 0

0745

00610017

0078

Instruction Fetch

Data Read

Data Store (Write)

0745: Add (4),(5),(7) ; M[7] ß M[4] + M[5]



11

Register

° General Purpose Registers:• Memori terdekat dari Datapath

• Dipergunakan sebagai operand, seperti lokasi memori dengan alamat khusus: R0, R1, …, R31

° Special Registers• Condition Code Register, Status Register, Program Counter (PC),

Instruction Register (IR), dst.

Control

Datapath

Processor

Registers

MainMemory(DRAM)

SecondLevelCache

(SRAM)

On-C

hipC

ache

12

AVR General Purpose Registers

PCSP



13

Set Instruksi (Bahasa Mesin) ↔↔ Bahasa Rakitan

0745: Add (4),(5),(7) ; M[7] ßß M[4] + M[5]

° Bahasa Mesin àà kumpulan bit yang merepresentasikan Operasi & Operand

° Bahasa Rakitan àà representasi dari Bahasa Mesin dalam bahasa (kumpulan huruf & angka) yang lebih mudah dimengerti oleh manusia

mnemonic

14

Pengkodean Informasi: Instruksi

m bit n bit

Kode Operasi

Informasi Lokasi Operand:dimana data masukan bersumber dan/ataudimana hasil operasi disimpan

Variable:

Fixed:

Hybrid:

……

Format Ukuran Instruksi:



15

Jenis-jenis Operasi (tidak banyak berubah sejak 1960)

Data Transfer Load (from memory)Store (to memory)memory-to-memory moveregister-to-register moveinput (from I/O device)output (to I/O device)push, pop (to/from stack)

Arithmetic integer (binary + decimal) or FPAdd, Subtract, Multiply, Divide

Logical not, and, or, set, clear

Shift shift left/right, rotate left/right

Control (Jump/Branch) unconditional, conditional

Subroutine Linkage call, return

Interrupt trap, return

Synchronization test & set (atomic r-m-w)

String search, translateGraphics (MMX) parallel subword ops (4 16bit add)

16

Set Instruksi Intel 80x86

1. Integer Instructions1. Data Transfer Instructions2. Binary Arithmetic Instructions3. Decimal Arithmetic4. Logic Instructions5. Shift and Rotate Instructions6. Bit and Byte Instructions7. Control Transfer Instructions8. String Instructions9. Flag Control Instructions10.Segment Register Instructions11.Miscellaneous Instructions

2. MMX™ Technology Instructions

3. Floating-Point Instructions

4. System Instructions

5. Streaming SIMD Extensions



17

Top 10 80x86 Instructions

Rank Instruction Integer Average Percent total executed

1 load 22%

2 conditional branch 20%

3 compare 16%

4 store 12%

5 add 8%

6 and 6%

7 sub 5%

8 move register-register 4%

9 call 1%

10 return 1%

Total 96%

Simple instructions dominate instruction frequency

18

Set Instruksi AVR



19

13 September 2002

20

www.cs.ui.ac.id/kuliah/IKI20210/

01a-Pendahuluan.ppt 10-Sep-2002 10:39 218k

01b-Basic Operations..> 10-Sep-2002 14:26 371k

02-Set Instruksi.ppt 11-Sep-2002 00:46 470k

AT90S8515.pdf 28-Jun-1999 00:00 751k

ATMELAVR.PDF 28-Jun-1999 00:00 142k

AVR Assembler.PDF 28-Jun-1999 00:00 518k

AVR Instruction Set.PDF 28-Jun-1999 00:00 1.2M

AVR Simulator.PDF 28-Jun-1999 00:00 882k

AVR Studio.PDF 28-Jun-1999 00:00 188k



21

Endianess

0123

i

2k-1

1Alamat

500

Big Endian

0123

i

2k-1

0Alamat

051

Little Endian1500

22

Kelas-kelas Pengalamatan Operand

° 3 addressAdd A,B,C ; [C] ← [← [A] + [B]Operation Source1,Source2,Destination

atau

Operation Destination,Source1,Source2

° Load/Store + General Purpose Register:• 2 address Load A,R1 ; R1 ← ← [B]

Load B,R2 ; R2 ← ← [A]Add R1,R2 ; R2 ← ← R2 + R1Store R2,C ; [C] ← ← R2

° 2 addressAdd A,B ; [B] ← [← [B] + [A]Operation Source,Destination

° 1 addressAdd A ; acc ← ← acc + [A]

° 0 addressAdd ; tos ← ← tos + next



23

Perbandingan Jumlah Instruksi

° Perintah HLL: ‘C = A + B’

Stack Accumulator Register Register(reg-mem) (load-store)

Push A Load A Load A,R1 Load A,R1

Push B Add B Add B,R1 Load B,R2

Add Store C Store R1,C Add R1,R2,R3

Pop C Store R3,C

24

Control Flow: Straight-Line Sequencing

ii+1i+2

A

B

C

Move A,R0Add B,R0

Alamat

Move R0,C

PC

PC

PC

PC (Program Counter): Register yang menyimpan lokasi memori tempat instruksi berikutnya disimpan



25

Control Flow: Branching

ii+1i+2

i+n-1i+n

SUMNum1Num2

NumN

Move Num1,R0Add Num2,R0

Alamat

Add Num3,R0

Mov R0,SUMAdd NumN,R0

LOOP

SUMNNum1Num2

NumN

Move N,R1Clear R0

Determine address ofnext number and addNext number to R0

Alamat

n

Move R0,SUMBranch>0 LOOPDecrement R1

26

Condition Codes

° Informasi yang berkaitan dengan hasil operasi (terutama Aritmatika & Logika) disimpan dalam “Condition Code Flags”

° Kumpulan “CC Flags” àà Register CC/Status

° Masing-masing bit dari Register CC/Status merepresentasikan:

• N (negative): perhitungan sebelumnya menghasilkan bilangan negatif

• Z (zero): perhitungan sebelumnya menghasilkan bilangan 0

• V (overflow): perhitungan sebelumnya menyebabkan overflow

• C (carry): perhitungan sebelumnya menghasilkan carry-out

° Contoh Penggunaan:LOOP: . . .

Decrement R1 ; R1 ßß R1 - 1

Branch>0 LOOP ; if (Z != 0) then LOOP



27

Modus Pengalamatan

Alamat lokasi operand tidak diperoleh secara eksplisit, tetapi harus “diturunkan” àà Effective Address (EA)

1. Register: Add R2,R1 ; R1 ßß R1 + R2

2. Absolute: Add (100),R1 ; R1 ßß R1 + M[100]

3. Immediate: Add #10,R1 ; R1 ßß R1 + 10

4. Indirect-Memory: Add @(100),R1 ; R1 ßß R1 + M[M[100]]

5. Indirect-Register: Add (R2),R1 ; R1 ßß R1 + M[R2]

6. Index: Add 10(R2),R1 ; R1 ßß R1 + M[10+R2]

7. Autoincrement: Add (R2)+,R1 ; R1 ßß R1 + M[R2],; R2 ßß R2 + d

8. Autodecrement: Add -(R2),R1 ; R2 ßß R2 – d,; R1 ßß R1 + M[R2]

28

Indirect Mode

° Indirect-Memory: Add @(100),R1 ; R1 ßß R1 + M[M[100]]

° Indirect-Register: Add (R2),R1 ; R1 ßß R1 + M[R2]

100

200 Operand

Add @(100),R1

200 100

200 Operand

Add (R2),R1

200R2pointer



29

Index ModeMove N,R1

Move #Num1,R2

Clear R0

LOOP Add 20(R2),R0 ; R0 ßß R0 + M[20+R2]

Increment R2

Decrement R1

Branch>0 LOOP

Move R0,SUM

1050

1070 Operand

Add 20(R2),R1

1050R2

20

1050

1070 Operand

Add 1050(R2),R1

20R2

20

for (i = N; i > 0; i--)

SUM += Vec[base+i];

30

Auto-{in|de}crement Mode

Move N,R1

Move #Num1,R2

Clear R0

LOOP Add (R2)+,R0 ; R0 ßß R0 + M[R2], R2 ßß R2 + d

Decrement R1 ; tipe data: byte àà d = 1

Branch>0 LOOP ; tipe data: word àà d = 2

Move R0,SUM

…

Add -(R2),R0 ; R2 ßß R2 – d, R0 ßß R0 + M[R2]



31

Stacks

° Lokasi memori yang pengaksesan datanya dibatasi dengan cara LIFO (Last In, First Out)

data terakhir yang disimpan kedalam stack akan menjadi data pert ama yang diperoleh pada saat stack diakses

° Push: memasukkan data ke Stack

° Pop: mengeluarkan data yang berada di top-of-stack (TOS)alamat TOS disimpan dalam register Stack Pointer (SP)

0

2k-1

Top-of-Stack: SP

Bottom-of-Stack

Stack

32

Operasi pada Stacks

Push NewItem: Decrement SP

Move NewItem,(SP)

19

17-28

-28

SP19

17

19-28

SP

NewItemItem

NewItemItem

Pop Item: Move (SP),Item

Increment SP

Bahaya Overflow

Bahaya Underflow



33

SubRoutines

° SubRoutine adalah sekumpulan instruksi yang mengerjakan suatu fungsi tertentu dan diakhiri dengan instruksi RETURN

° SubRoutine biasanya dipanggil (CALL) oleh program lain dan setelah SubRoutine selesai mengerjakan fungsinya, kendali program dikembalikan (RETURN) ke program pemanggil

Lokasi Program Utama

200 Call SUB

201 instruksi_berikutnya

Lokasi Subroutine SUB

1000 instruksi_i

. . .

Return

201PC

Link

1000

201

34

SubRoutines & Stacks

Lokasi Program Utama

200 Call SUB ; Push PC

; Jump SUB

201 instruksi_201...

1000 instruksi_1000

. . .

Return ; Pop PC

201SP

1000PC

SP

201PC

…..201



35

Calls: Why Are Stacks So Great?

Stacking of Subroutine Calls & Returns and Environments:

A: CALL B

CALL C

C: RET

RET

B:

A

A B

A B C

A B

A

Some machines provide a memory stack as part of the architecture(e.g., VAX)

Sometimes stacks are implemented via software convention (e.g., MIPS)


iki20210 pengantar organisasi komputer kuliah minggu ke · pdf filependahuluan (1) 02. set...

Documents