Siklus Instruksi dan Fetch cycle dan Program Flow Control

Fungsi dasar yang dibentuk komputer adalah eksekusi program. Program yang akan dieksekusi berisi sejumlah instruksi yang tersimpan di dalam memori. CPU melakukan tugas ini dengan cara mengeksekusi suatu program. Pandangan paling sederhana tentang hal ini adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah: instruksi (fetch) CPU dari memori pada suatu saat, kemudian CPU mengeksekusi setiap instruksi. Eksekusi program terdiri dari proses pengulangan fetch dan eksekusi instruksi. Tentu saja, eksekusi sebuah instruksi sendiri dapat terdiri sejumlah langkah. Pada tahap ini, kita dapat membagi pengolahan instruksi menjadi dua tahap, fetch dan eksekusi seperti berikut: fetch instruksi adalah operasi umum bagi setiap instruksi, dan terdiri dari pembacaan instruksi dari suatu lokasi di dalam memori. Eksekusi instruksi dapat melibatkan sejumlah operasi dan tergantung pada sifat-sifat instruksi. Pengolahan yang diperlukan untuk instruksi tunggal disebut siklus instruksi. Kedua langkah itu berkaitan dengan siklus fetch dan siklus eksekusi. Eksekusi program akan terhenti apabila mesin dimatikan, terjadi kesalahan, atau terdapat instruksi program yang menghentikan komputer.

Pada awal siklus instruksi, CPU membaca instruksi dari memori. Pada CPU yang umum, suatu register yang disebut program counter (PC) dipakai untuk mengawasi instruksi yang akan dibaca selanjutnya. Dengan tidak ada perkecualian tertentu, CPU selalu menambahkan PC setiap kali membaca instruksi, sehingga CPU akan membaca instruksi selanjutnya secara berurutan yaitu instruksi yang terletak pada alamat yang lebih tinggi berikutnya di dalam memori. Instruksi yang dibaca akan dimuatkan ke dalam sebuah register di dalam CPU yang dikenal sebagai instruction register (IR). Instruksi berbentuk kode biner yang menentukan apa yang perlu dilakukan oleh CPU. CPU menginterprestasikan instruksi dan melakukan aksi yang diperlukan.

1.  Register-register internal CPU:

Memory Buffer Register (MBR) atau Memory Data Register (MDR) :

berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori, atau digunakan untuk menerima word dari memori.

2.  Memory Address Register (MAR) :

menentukan alamat di memori yang isinya akan diambil ke MBR atau yang akan diisi dengan data yang terdapat di MBR.

3.  Instruction Register (IR) :

Instruction Register (IR) : tempat menampung instruksi yang akan dieksekusi.

4.  Program Counter (PC)  :

menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan diambil dari memori.

5.  Accumulator :

digunakan untuk menyimpan sementara operand dan hasil operasi ALU.

SIKLUS INTRUKSI DASAR :

• Eksekusi program akan terhenti apabila komputer dimatikan, terjadi kesalahan, atau terdapat instruksi yang menghentikan komputer.
• Mengambil instruksi berikutnya Eksekusi instruksi Siklus Pengambilan (Fetch Cycle) & Siklus Eksekusi (Execute Cycle)
• Pada awal setiap siklus instruksi, CPU membaca instruksi dari memori.
• Sebuah register yang disebut Program Counter (PC) digunakan untuk menunjukkan alamat instruksi yang akan diambil dari memori.
• Setiap kali sebuah instruksi dibaca, isi PC akan ditambah sehingga CPU akan membaca instruksi selanjutnya secara berurutan.
• Instruksi yang dibaca akan dimuatkan ke sebuah register di dalam CPU yang disebut Instruction register (IR).
• Selanjutnya CPU menginterpretasikan instruksi dan melakukan aksi yang diperlukan.

REGISTER INTERNAL CPU

• Program Counter (PC) = menyimpan alamat instruksi
• Instruction Register (IR) = menampung instruksi yang sedang dieksekusi
• Accumulator (AC) = register penyimpanan temporer

KODE ATAU INSTRUKSI :

• 0001 = Isi memori, yang alamatnya dinyatakan pada bit 4 sampai bit 15 pada format instruksi, disalinkan ke Accumulator.
• 0010 = Simpan isi accumulator ke memori, yang alamatnya dinyatakan pada bit 4 sampai bit 15.
• 0101 =Tambahkan isi AC dengan isi memori, yang alamatnya dinyatakan pada bit 4 sampai bit 15.

KUMPULAN REGISTER :

• 9 Memory Buffer Register (MBR)
• 9 Memory Address Register (MAR)
• 9 Instruction Register (IR)
• 9 Instruction Buffer Register (IBR): digunakan untuk menyimpan sementara instruksi sebelah kanan word di dalam memori.
• 9 Program Counter (PC)
• 9 Accumulator dan Multiplier -Ouotient (MQ) : digunakan untuk menyimpan sementara operand dan hasil operasi ALU.

Pada IAS, setiap siklus instruksi terdiri dari dua subsiklus. Selama siklus pengambilan, op code instruksi berikutnya dimuatkan ke IR dan alamat dimuatkan ke MAR. Instruksi ini dapat diambil dari IBR atau dapat diperoleh dari memori dengan cara memuatkan sebuah word ke dalam MBR, dan kemudian diturunkan ke IBR, IR dan MAR.

Pengolahan instruksi dalam CPU terdiri dari dua langkah, yaitu : operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute). Siklus instruksi yang terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi.

Siklus Instruksi Dasar

Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori. Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi.

SIKLUS FETCH - EKSEKUSI

Instruksi – instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR). Instruksi – instruksi ini dalam bentuk kode – kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan. Aksi – aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori, yaitu :

• CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.
• CPU –I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.
• Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data.
• Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya instruksi pengubahan urusan eksekusi.

Diagram Siklus Intruksi

FUNGSI INTERRUPT

Fungsi interupsi adalah mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU kepada routine interupsi. Hampir semua modul (memori dan I/O) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU.

Tujuan interupsi secara umum untuk menejemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul – modul I/O maupun memori. Setiap komponen komputer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU disamping itu kecepatan eksekusi masing – masing modul berbeda sehingga dengan adanya fungsi interupsi ini dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul. Macam – macam kelas sinyal interupsi :

• Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, oparasi ilegal.
• Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler.
• I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi.
• Hardware failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori.

Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi instruksi-instruksi lain. Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor. Kemudian prosesor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menghandel routine interupsi.

Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali. Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima/ditangguhkan dan interupsi ditolak. Apabila interupsi ditangguhkan, prosesor akan melakukan hal – hal dibawah ini :

Fungsi Interupsi

• Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya. Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan.
• Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler.