Apa itu Bahasa Assembly?
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Universitas Pendidikan Ganesha
BAHASA ASSEMBLY
Instruksi mesin dinyatakan dengan pola 0 dan l. Pola semacam itu sangat sulit
untuk dijelaskan pada saat membahas atau menyiapkan program. Oleh karena itu, kita
menggunakan nama simbolik untuk menyatakan pola tersebut. Sejauh ini kita telah
menggunakan katakata
biasa seperti Move, Add, Increment, dan Branch, untuk
instruksi operasi yang menyatakan pola kode biner yang sesuai. Pada saat menulis
program untuk komputer tertentu, katakata
tersebut biasanya diganti dengan akronim
yang disebut mnemonic, seperti MOV, ADD, INC, dan BR Serupa dengan kita
menggunakan notasi R3 untuk mengacu pada register 3, dan LOC untuk mengacu
pada lokasi memori. Set lengkap nama simbolik semacam dan aturan penggunaannya
membentuk bahasa pemrograman, yang biasanya disebut sebagai bahasa assembly.
Set aturan untuk menggunakan mnemonic dalam spesifikasi instruksi dan program
lengkap disebut syntax bahasa
.
Program yang ditulis dalam bahasa assembly dapat secara otomatis
ditranslasikan ke rangkaian instruksi mesin oleh suatu program yang disebut
assembler. Program assembler adalah salah satu kumpulan program yang merupakan
bagian dari software sistem. Assembler, seperti halnya program yang lain, disimpan
sebagai rangkaian instruksi mesin dalam memori komputer. Program user biasanya
dimasukkan ke dalam komputer melalui keyboard dan disimpan dalam memori atau
disk magnetik. Pada titik ini, program user hanyalah kumpulan baris karakter
alfanumerik. Pada saat program assembler dieksekusi, program tersebut membaca
program user, menganalisanya, dan kemudian menghasilkan program bahasa mesin
yang diinginkan. Bahasa mesin tersebut berisi pola 0 dan 1 yang menetapkan instruksi
yang akan dieksekusi oleh komputer tersebut. Program user dalam format teks
alfanumerik aslinya disebut source program, dan program bahasa mesin yang diassemble
disebut object program.
Bahasa assembly untuk suatu komputer mungkin case sensitive atau mungkin
tidak, sehingga, komputer tersebut bisa membedakan antara huruf kapital dan huruf
kecil atau tidak dapat. Kita akan menggunakan huruf kapital mark menunjukkan
semua nama dan label dalam contoh kita untuk dapat meningkatkan kemudahan
pembacaan teks. Misalnya, kita akan menuliskan instruksi Move sebagai berikut
MOVE R0, SUM
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
2
MOVE mnemonic menyatakan pola biner, atau OP code, untuk operasi yang
dilakukan oleh instruksi tersebut. Assembler mentranslasi rnnemonic ini menjadi OP
code biner yang dipahatni komputer.
Mnemonic OPcode
diikuti oleh setidaknya satu karakter spasi kosong.
Kemudian informasi yang menyatakan operand ditetapkan. Dalam contoh kita, source
operand berada dalam register R0. Informasi ini diikuti oleh spesifikasi destination
operand, dipisah dari source operand dengan koma, tanpa jeda kosong. Destination
operand berada dalam lokasi memori yang alamat binernya dinyatakan dengan nama
SUM.
Karena terdapat beberapa mode pengalamatan yang dapat digunakan untuk
menetapkan lokasi operand, maka bahasa assembly barns mengindikasikan mode
mana yang digunakan. Misalnya, nilai numerik atau nama yang digunakannya, seperti
SUM pada instruksi sebelumnya, dapat digunakan untuk menunjukkan mode
Absolute. Sehingga instruksi
ADD #5, R3
menambahkan bilangan 5 ke isi register R3 dan meletakkan hasilnya kembali ke
register R3. tanda sharp bukanlah cara satusatunya
untuk menunjukkan mode
pengalamatan Immediate. Dalam beberapa bahasa assembly, mode pengalamatan
yang dimaksud dinyatakan dalam mnemonic OPcode.
Dalam hal ini, suatu instruksi
memiliki mnonemonic OPcode
yang berbeda untuk mode peugalamatan yang
berbeda. Misalnya, iustruksi Add sebelumnya dapat ditulis sebagai berikut
ADDI 5, R3
Akhiran I dalam mnemonic ADDI menyatakan bahwa source operand dinyatakan
dalam mode pengalamatan Immediate.
Pengalamatan Indirect biasanya dinyatakan dengan meletakkan tanda kurung di
sekitar nama atau simbol yang menunjukkan pointer ke operand. Misalnya, jika
nomor 5 ditempatkan dalam lokasi memori yang alamatnya disimpan dalam register
R2, maka aksi yang diinginkan dapat ditetapkan sebagai berikut
MOVE #5, (R2)
atau mungkin
MOVE 5, (R2)
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
3
ASSEMBLER DIRECTIVE
Selain menyediakan mekanisme untuk menyatakan instruksi dalam suatu
program, bahasa assembly memungkinkan programer untuk menetapkan informasi
lain yang diperlukan untuk mentranslasikan source program ke dalam object program.
Kita telah menyebutkan bahwa kita perlu untuk menetapkan nilai numerik ke tiap
nama yang digunakan dalam program. Misalkan nama SUM digunakan untuk
menyatakan nilai 200. Fakta ini mungkin disampaikan ke program assembler melalui
pernyataan seperti
SUM EQU 200
Pernyataan ini tidak menunjuk suatu instruksi yang akan dieksekusi pada saat
object program dijalankan; sebenarnya, bahkan tidak akan muncul dalam object
program. Hanya memberitahu assembler bahwa nama SUM seharusnya digantikan
dengan nilai 200 kapanpun muncul dalam program. Pernyataan semacam itu, yang
disebut assembler directive (atau perintah), digunakan oleh assembler pada saat
mentranslasikan source program menjaadi object program.
100 Move N, R1
104 Move #NUM1,
R2
108 Clear R0
LOOP 112 Add (R2), R0
116 Add #4, R2
120 Decrement R1
124 Branch > 0 LOOP
128 Move R0, SUM
132
.
.
.
SUM 200
N 204 100
NUM1 208
NUM2 212
.
.
.
NUMn 604
Gambar 8.1. Pengaturan memori untuk program
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
4
Untuk menjalankan program pada komputer, maka kita perlu untuk menuliskan
source codenya
dalam bahasa assembly yang diperlukan, menetapkan semua informasi
yang diperlukan untuk menghasilkan object program yang sesuai. Misalkan tiap
instruksi dan tiap item data memiliki satu word memori. Juga asumsikan bahwa memori
tersebut adalah byte addressable dan word lengthnya
adalah 32 bit. Misalkan juga
bahwa object program diload
dalam memori utama sebagaimana yang ditunjukkan
dalam Gambar 8.1. Gambar tersebut menujukkan alamat memori dimana instruksi
mesin dan item data yang diminta didapatkan setelah program diload
untuk eksekusi.
Jika assembler adalah untuk menghasilkan object program sesuai dengan pengaturan
ini, maka harus mengetahui
Ø Bagaimana menginterpretasikan nama tersebut
Ø Dimana barns menempatkan instruksi tersebut dalam memori
Ø Dimana harus menempatkan operand data dalam memori
Untuk mendapatkan informasi ini, source program dapat ditulis sebagaimana
ditampilkan pada Gambar 8.2. Program dimulai dengan assembler directives. Kita telah
membahas direktive Equate, EQU, yang menginformasikan pada assembler tentang
nilai SUM. Assembler directive yang kedua, ORIGIN, menyatakan pada program
assembler tempat untuk meletakkan blok data berikutnya di memori. Dalam hal ini,
lokasi yang ditetapkan memiliki alamat 204. Karena lokasi ini diload
dengan nilai 100
(yang merupakan bilangan entri dalam list), maka directive DATAWORD digunakan
untuk menginfonnasikan pada assembler persyaratan ini. Dinyatakan bahwa nilai data
100 ditempatkan dalarn word memori pada alamat 204.
Pernyataan apapun yang menghasilkan instruksi atau data ditempatkan dalam lokasi
memori dapat diberi label alamat memori. Label tersebut menetapkan suatu nilai yang
setara dengan alamat lokasi tersebut. Karena pernyataan DATAWORD diberi label N,
maka nama N ditetapkan dengan nilai 204. Kapanpun N digunakan pada sebagian
program, maka akan digantikan dengan nilai tersebut. Menggunakan N sebagai label
dengan cara tersebut ekuivalen dengan menggunakan assembler directive
N EQU 204
Directive RESERVE menyatakan bahwa suatu blok memori 400 byte akan direserve
untuk data, dan nama NUM1 dihubungkan dengan alamat 208. Directive ini
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
5
tidak menyebabkan data apapun diload
ke lokasi tersebut. Data dapat diload
dalam
memori menggunakan prosedur input.
Label
alamat
memori
Operasi
Pengalamatan
atau informasi
data
Assembler directives sum EQU 200
ORIGIN 204
N DATAWORD 100
NUM1 RESERVE 400
ORIGIN 100
Statements that START MOVE N,Rl
generate MOVE #NUM1,R2
machine CLR RO
instructions LOOP ADD (R2),RO
ADD q4,R2
DEC R1
BGTZ LOOP
MOVE RO,SUM
Assembler directives RETURN
END START
Gambar 8.2. Representasi bahasa assembly untuk program pada gambar 8.1.
Directive ORIGIN kedua menetapkan bahwa instruksi object program akan diload
dalam memori mulai dari alamat 100. Diikuti dengan instruksi yang ditulis
dengan mnemonic dan syntax yang sesuai. Pernyataan terakhir dalam source program
adalah assembler directive END, yang menyatakan pada assembler bahwa ini
merupakan akhir teks source program. Directive END menyertakan label START,
yang merupakan alamat lokasi dimana eksekusi program dimulai.
Kita telah menjelaskan semua pernyataan dalam Gambar 8.2 kecuali RETURN.
Ini merupakan assembler directive yang menyatakan titik dimana eksekusi program
harus dihentikan. Pernyataan ini menyebabkan assembler menyisipkan suatu instruksi
mesin yang sesuai yang mengembalikan kontrol ke sistem operasi komputer tersebut.
Kebanyakan bahasa assembly meminta pernyataan dalam source program
dituliskan dalam bentuk
Label Operation Operand Comment
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
6
Empat field tersebut dipisahkan oleh delimiter yang sesuai, biasanya satu atau
lebih karakter kosong. Label adalah nama opsional yang dihubungkan dengan alamat
memori dimana instruksi bahasa mesin yang dihasilkan dari pernyataan tersebut akan
diload.
Label juga dapat dihubungkan denagn alamat item data. Pada Gambar 8.2
terdapat lima label: SUM, N, NUM1, START, dan LOOP.
Field Operation berisi mnemonic OPcode
dari instruksi yang dimaksud atau
directive assembler. Field Operand berisi informasi pengalamatan untuk mengakses
satu atau dua operand, tergantung pada tipe informasinya. Field Comment diabaikan
oleh program assembly. Field tersebut digunakan untuk tujuan dokumentasi sehingga
program lebih mudah dipahami.
Kita hanya telah memperkenalkan karakteristik bahasa assembly yang sangat
dasar. Bahasa ini berbeda detil dan kompleksitasnya dari satu komputer ke komputer
lain.
8.2. ASSEMBLY DAN EKSEKUSI PROGRAM
Source program yang ditulis dalam bahasa assembly harus diassemble
menjadi
object program bahasa mesin sebelum dapat dieksekusi. Hal ini dilakukan oleh
program assembler, yang mengganti semua simbol untuk mode operasi dan
penggalamatan dengan kode biner yang digunakaa dalam instruksi mesin, dan
mengganti semua nama dan label dengan nilai sebenarnya.
Assembler menetapkan alamat untuk instruksi dan blok data, mulai dari alamat
yang ada dalam asembler directive ORIGIN. Juga menyisipkan konstanta yang
dapat dinyatakan dalam perintah DATAWORD dan ruang memori cadangan
sebagaimana yang diminta oleh perintah RESERVE.
Bagian utama proses assembly menetapkan nilainilai
untuk menggantikan
namanama
tersebut. Pada beberapa kasus, dimana nilai suatu nama ditetapkan oleh
directive EQU, maka ini merupakan tugas langsung. Pada kasus lain, dimana suatu
nama didefinisikan dalam field Label suatu instruksi, maka nilai yang diwakili nama
ini ditentukan dengan lokasi instruksi ini dalam object program terassemble.
Karenanya, assembler barns mencatat alamatalamat
yang menghasilkan kode mesin
untuk instruksi yang berurutan. Misalnya, nama START dan LOOP masingmasing
akan menetapkan nilai 100 dan 112.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
7
Pada beberapa kasus, assembler tidak secara langsung mengganti nama yang
mewakili alamat dengan nilai yang sebenarnya dari alamat ini. Misalnya, pada
instruksi branch, nama yang menetapkan lokasi dimana branch dilakukan (branch
target) tidak diganti dengan alamal yang sebenarnya. Instruksi branch biasanya
diimplementasikan dalam kode mesin dengan menetapkan branch target
menggunakan mode penggalamatan Relative. Assembler menghitung branch offset,
yaitu jarak ke target, clan meletakkannya dalam instruksi mesin.
Pada saat assembler memindai source program, assembler akan mencatat semua
nama dan nilai numerik yang berhubungan dengannya dalam tabel simbol.
Sehingga, pada saat nama tersebut muncul untuk kedua kalinya, akan digantikan
dengan nilainya dari tabel tersebut. Persoalan muncul pada saat strain nama muncul
sebagai operand sebelum mendapatkan nilainya. Misalnya, hal ini terjadi jika
diperlukan suatu forward branch. Assembler tidak akan mampu menetapkan branch
target, karena nama yang dimaksud belum direkam dalam tabel symbol. Pada akhir
lewatan ini, semua nama harus telah ditetapkan dengan nilai numerik. Assembler
kemudian memasuki source program untuk kedua kalinya dan mensubstitusi nilai
untuk semua nama dari tabel simbol. Assembler tersebut disebut twopass
assembler.
Assembler tersebut menyimpan object program pada disk magnetik. Object
program harus diload
ke dalam memori komputer sebelum dieksekusi. Pada saat
hal ini berjalan, program utiliti lain yang disebut loader harus telah tersedia dalam
memori. Mengeksekusi loader adalah menjalankan serangkaian operasi input yang
diperlukan untuk mentransfer program bahasa mesin dari disk ke tempat tertentu
dalam memori. Loader harus mengetahui panjang program dan alamat dalam
memori yang akan digunakan untuk menyimpannya. Assembler biasanya
menyimpan informasi ini pada header sebelum kode objek. Setelah meload
kode
objek, loader mulai mengeksekusi object program dengan melakukan branching ke
instruksi pertama yang akan dieksekusi. Ingatlah bahwa alamat instruksi tersebut
telah disertakan dalam program bahasa assembly sebagai operand assembler
directive END. Assembler menyertakan alamat ini di dalarn header yang
mendahului kode objek pada disk.
Pada saat object program mulai mengeksekusi, akan diselesaikan hingga akhir
kecualijika terdapat kesalahan logika dalam program tersebut. User harus mampu
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
8
menemukan kesalahan tersebut dengan mudah. Assembler dapat mendeteksi clan
melaporkan kesalahan syntax. Unmk membantu user menemukan kesalahan
pemrograman yang lain, software sistem biasanya menyertakan program debugger.
Program ini memungkinkan user menghentikan eksekusi object program pada suatu
titik yang diinginkan dan memeriksa berbagai register prosesor dan lokasi memori.
8.3. NOTAS1 BILANGAN
Pada saat berhadapan dengan nilai numerik, seringkali lebih mudah untuk
menggunakan notasi desimal yang telah dikenal. Tentu saja, nilai tersebut disimpan
dalam komputer sebagai bilangan biner. Pada beberapa situasi, lebih mudah untuk
menetapkan pola biner secara langsung.
Kebanyakan assembler memungkinkan bilangan numerik dinyatakan dengan
berbagai cara yang berbeda, menggunakan konvensi yang ditetapkan oleh syntax
bahasa assembly. Misalkan, bilangan 93, yang dinyatakan dengan bilangan biner 8bit
01011101. Jika nilai ini digunakan sebagai operand Immediate, maka dapat
dinyatakan sebagai bilangan desimal, sebagaimana dalam instruksi
ADD #93, RI
atau sebagai bilangan bitter yang diidentifikasi dengan simbol awalan seperti tanda
persen, sebagaimana dalam
ADD #%01011101, R1
Bilangan biner dapat dituliskan lebih padat sebagai bilangan heksadesimal, atau
hex, dengan empat bit dinyatakan dengan digit hex tunggal. Notasi hex adalah
ekstensi langsung dari kode BCD yang terdapat dalam Apendiks E. Sepuluh pola
pertama 0000, 0001, ..., 1001, dinyatakan dengan digit 0, 1, ..., 9 sebagaimana dalam
BCD. Sisa enam pola 4bit,
1010, 1011, ..., I111, dinyatakan dengan huruf A, B, ..., F.
Dalam representasi heksadesimal, nilai desimal 93 menjadi SD. Dalam bahasa
assembly, representasi hex seringkali diidentifikasi dengan awalan tanda dolar.
Sehingga kita menuliskannya
ADD #$SD, R1
8.4. OPERASI INPUT/OUTPUT DASAR
Bagian sebelumnya dalam bab ini mendeskripsikan instruksi mesin dan mode
pengalamatan. Kita telah mengasumsikan bahwa data yang dikenai operasi instruksi
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
9
ini telah disimpan dalam memori. Kita sekarang membahas sarana yang digunakan
untuk mentransfer data antara memori komputer dan dunia luar. Operasi Input/Output
(I/O) sangat penting, dan cara operasi tersebut dijalankan dapat memiliki efek yang
signifikan pada performa komputer.
Misalkan suatu tugas untuk membaca input karakter dari keyboard dan
menghasilkan output karakter pada layar display. Cara sederhana untuk menjalankan
tugas I/O tersebut adalah dengan menggunakan metode yang dikenal sebagai
programcontrolled
I/O. Kecepatan transfer data dari keyboard ke komputer dibatasi
oleh kecepatan mengetik user, yang tampaknya tidak melebihi beberapa karakter per
detik. Kecepatan transfer output dari komputer untuk ditampilkan jauh lebih tinggi.
Hal ini ditentukan oleh kecepatan karakter ditransmisikan melalui link antara
komputer dan perangkat display, biasanya, beberapa ribu karakter per dedtik. Akan
tetapi ini masih jauh lebih lambat daripada kecepatan prosesor yang dapat
mengeksekusi jutaan instruksi per detik. Perbedaan kecepatan antara prosesor dan
perangkat I/O menimbulkan kebutuhan akan adanya mekanisme untuk
mensinkronisasikan transfer data diantara keduanya.
Gambar 8.3 Koneksi bus untuk prosesar, keyboard, dan display.
Solusi untuk persoalan tersebut adalah sebagai berikut: pada output, prosesor
mengirim karakter pertama dan kemudian menunggu sinyal dari display bahwa
karakter telah diterima.
Kemudian mengirim karakter kedua, dan seterusnya. Input dikirim dari keyboard
dengan cara yang sama; prosesor menunggu sinyal yang mengindikasikan bahwa
suatu tombol karakter telah ditekan dan kodenya tersedia dalam beberapa register
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
10
buffer yang diasosiasikan dengan keyboard. Kemudian prosesor membaca kode
tersebut.
Keyboard dan display adalah perangkat yang terpisah. Tindakan menekan suatu
tombol pada keyboard tidak secara otomatis menyebabkan karakter yang sesuai
ditampilkan pada layar. Satu blok instruksi dalam program I/O mentransfer karakter
tersebut ke prosesor, dan blok lain yang berhubungan dengan instruksi tersebut
menyebabkan ditampilkannya karakter tersebut.
Misalkan suatu persoalan pemindahan kode karakter dari keyboard ke prosesor.
Menekan suatu tombol akan menyimpan kode karakter yang sesuai dalam register
buffer 8bit
yang sesuai dengan keyboard. Mari kita sebut register ini DATAIN.
Untuk memberitahu prosesor bahwa karakter yang valid berada dalam DATAIN,
suatu status control flag, SIN, diset
ke 1. Suatu program memonitor SIN, dan saat
SIN diset
ke 1, prosesor membaca isi DATAIN. Pada saat karakter ditransfer ke
prosesor, maka SIN secar otomatis dikosongkan ke 0. Jika karakter kedua dimasukkan
melalui keyboard, maka SIN diset lagi ke 1 dan proses tersebut diulang.
Proses yang analog terjadi pada saat karakter ditransfer dari prosesor ke display.
Register buffer, DATAOUT, dan status control flag, SOUT, digunakan untuk transfer
ini. Pada saat SOUT setara dengan I, maka display siap untuk menerima suatu
karakter. Di bawah kontrol program, prosesor memonitor SOUT, dan pada saat SOUT
diset ke 1, prosesor mentransfer kode karaktei ke DATAOUT. Transfer karakter ke
DATAOUT mengosongkan SOUT ke 0; pada saat perangkat display siap untuk
menerima karakter kedua, maka SOUT sekali lagi di set ke 1. Register buffer
DATAIN dan DATAOUT dan flag status SIN dan SOUT adalah bagian dari sirkuit
yang biasanya dikenal sebagai device interface. Sirkuit untuk tiap perangkat
dihubungkan ke prosessor melalui bus, sebagaimana yang diperlihatkan pada Gambar
2.19.
Untuk menjalankan transfer I/O, kita memerlukan instruksi mesin yang dapat
memeriksa keadaan flag status dan transfer data antara prosesor dan perangkat I/O.
Instruksi tersebut memiliki kemiripan format dengan yang digunakan untuk
memindahkan data antara prosesor dan memori. Misalnya, prosesor dapat memonitor
flag status keyboard SIN dan transfer karakter dari DATAIN ke register Rl dengan
rangkaian operasi sebagai berikut:
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
11
READWAIT Branch to READMIT if SIN = 0
Input from DATAIN to R1
Operasi Branch biasanya diimplementasikan oleh dua instruksi mesin. Instruksi
pertama menguji flag status dan yang kedua menjalankan branch. Sekalipun detilnya
bervariasi dan satu komputer ke komputer lain, ide utamanya adalah prosesor
memonitor flag status dengan mengeksekusi wait loop pendek dan melanjutkan untuk
mentransfer data input pada saat SIN diset ke 1 sebagai hasil dari adanya suatu tombol
yang ditekan. Operasi Input mereset
SIN ke 0.
Rangkaian yang analog dari operasi tersebut digunakan untuk mentransfer
output ke dis play. Contohnya adalah
WRITEWAIT Branch to WRITEWAIT if SOUT = 0
Output from R1 to DATAOUT
Lagi, operasi Branch biasanya diimplementasikan oleh dua instruksi mesin.
Wait loop dieksekusi berulangkali hingga flag status SOUT diset
ke 1 oleh display
pada saat display bebas untuk menerima suatu karakter. Operasi Output mentransfer
suatu karakter dari RI ke DATAOUi untuk ditampilkan, dan operasi tersebut
mengosongkan SOUT ke 0.
Kita mengasumsikan bahwa keadaan awal SIN adalah 0 dan keadaan awal
SOUT adalah 1. Awalan ini biasanya dilakukan oleh sirkuit kontrol perangkat pada
saat perangkat ditempatkan di bawah kontrol komputer sebelum eksekusi program
dimulai.
Hingga sekarang, kita telah mengasumsikan bahwa alamat yang dinyatakan oleh
prosesor untuk untuk mengakses iustruksi dan operand selalu mengacu ke lokasi
memori. Banyak komputer menggunakan pengaturan yang disebut memorymapped
I/O dimana beberapa nilai alamat memori digunakan untuk mengacu ke
register buffer perangkat periferal, seperti DATAIN dan DATAOUT. Sehingga,
tidak ada instruksi khusus untuk mengakses isi register tersebut; data dapat
ditransfer antara register dan prosesor menggunakan instruksi yang telah kita
bahas, seperti Move, Load, atau Store. Misalnya, isi buffer karakter keyboard
DATAIN dapat ditransfer ke register R1 dalam prosesor dengan instruksi
MoveByte DATAIN, RI
Serupa dengan isi register RI dapat ditransfer ke DATAOUT dengan instruksi
MoveByte R1, DATAOUT
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
12
Flag status SIN dan SOUT secara otomatis dikosongkan pada saat masingmasing
mengacu pada register buffer DATAIN dan DATAOUT. Kode operasi
MoveByte menunjukkan bahwa ukuran operand adalah satu byte, untuk
membedakannya dari kode operasi Move yang telah digunakan untuk operand
word. Kita telah menetapkan bahwa dua buffer data pada Gambar 2.19 dapat
diberi alamat seakan keduanya adalah dua lokasi memori. Sangat dimungkinkan
untuk menangani flag status SIN dan SOUT dengan cara yang sama, dengan
menetapkan alamat yang berbeda padanya. Akan tetapi, lebih umum untuk
menyertakan SIN dan SOUT pada register device status, satu untuk tiap dua
perangkat. Mari kita asumsikan bahwa bit b3 dalam register INSTATUS dan
OUTSTATUS masingmasing
berhubungan dengan SIN dan SOUT. Operasi baca
yang barn saja dideskripsikan dapat diimplementasikan dengan rangkaian instruksi
mesin
READWAIT Testbit #3,INSTATUS
Branch=0 READWAIT
MoveByte DATAIN, R1
Operasi tulis dapat diimplementasikan sebagai berikut
WRITEWAIT Testbit #3, OUTSTATUS
Branch=0 WRITEWAIT
MoveByte RI, DATAOUT
Instruksi Testbit menguji keadaan satu bit pada lokasi destinasi, dimana
posisi bit yang diuji diindikasikan oleh operand pertama. Jika bit yang diuji setara
dengan 0, maka kondisi instruksi branch adalah benar, dan suatu branch dibuat
pada awal wait loop. Pada saat perangkat tersebut siap, yaitu pada saat bit yang
diuji menjadi setara dengan 1, data dibaca dari buffer input atau ditulis ke buffer
output.
Program yang ditampilkan pada Gambar 8.4 menggunakan dua operasi untuk
membaca baris karakter yang diketikkan pada keyboard dan dikirim ke parangkat
display. Pada saat karakter tersebut dibaca, satu demi satu, karakter tersebut
disimpan pada area data dalam memori dan kemudian ditampilkan pada display.
Program berakhir pada saat karakter carriage return, CR, dibaca, disimpan, dan
dikirim ke display. Alamat lokasi byte pertama dari memori data area tempat baris
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
13
tersebut disimpan adalah LOC dengan instruksi pertama dari program tersebut. RO
dinaikkan untuk tiap karakter yang dibaca dan ditampilkan oleh mode
pengalamatan Autoincrement yang digunakan dalam instruksi Compare.
Move #LOC,RO Initialize pointer register RO to point to
the address of the first location in
memory where the characters are to be
stored.
READ TestBit
Branch=0
MoveByte
#3,INSTATUS
READ
DATAIN,(RO)
Wait for a character to be entered in the
keyboard buffer DATAIN.
Transfer the character from DATAIN.
into the memory (this clears SIN to 0).
ECHO TestBit
Branch=0
MoveByte
Compare
Branch≠0
#3,OUTSTATUS
ECHO
(RO),DATAOUT
#CR,(RO)+
READ
Wait for the display to become ready.
Move the character just read to the display
buffer register (this clears SOUT to 0).
Check if the character just read is CR
(carriage return). If it is not CR, then
branch back and read another character.
Also, increment the pointer to store the next
character.
Gambar 8.4. Program yang membaca sebaris karakter dan menampilkannya
Programcontrolled
IO memerlukan keterlibatan kontinyu prosesor dalam
aktifitas l/0. Hampir semua waktu eksekusi untuk program dalam Gambar 8.4
dihitung dalam dua wait loop, pada saat prosesor menunggu karakter yang akan
ditekan atau menunggu display tersedia. Sangat diinginkan untuk menghindari
terbuangnya waktu eksekusi prosesor pada situasi ini. Teknik I/O yang lain, berdasar
pada penggunaan interrupt, dapat digunakan untuk meningkatkan utilisasi prosesor.
8.5. STACK DAN QUEU
Program komputer seringkali memerlukan subtask tertentu yang menggunakan
struktur subroutine yang umum. Untuk mengatur hubungan kontrol dan infonnasi
antara program utama dan subrotine, maka digunakan suatu struktur data yang disebut
stack. Bagian ini akan mendeskripsikan stack, dan struktur data yang berhubungan
erat dengannya yang disebut queu.
Data yang dikenai operasi oleh suatu program dapat diatur dengan berbagai
cara. Kita telah menangani struktur data sebagai list. Sekarang, kita membahas
struktur data penting yang dikenal sebagai stack. Stack adalah list element data,
biasanya word atau byte, dengan batasan akses yaitu elemen hanya dapat ditambahkan
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
14
atau dihapus pada satu ujung list. Ujung ini disebut puncak stack, dan ujung yang lain
disebut dasar. Struktur tersebut terkadang disebut sebagai pushdown stack.
Bayangkan tumpukan baki di kafetaria; konsumen mengambil baki baru dari puncak
tumpukan, dan baki bersih ditambahkan ke tumpukan tersebut dengan meletakkannya
di puncak tumpukan. Frase lain yang deskriptif, stack lastinfirstout
(LIFO), juga
digunakan untuk mendeskripsikan tipe mekanisme penyimpanan ini; item data
terakhir yang diletakkan pada stack tersebut adalah yang pertama kali diambil pada
saat pengambilan dimulai. Istilah push dan pop masingmasing
digunakan untuk
mendeskripsikan peletakkan item baru pada stack dan pemindahkan item paling atas
dari stack.
Data yang disimpan dalam memori komputer dapat diatur sebagai stack, dengan
elemen yang berurutan memiliki lokasi memori yang berurutan. Asumsikanlah
elemen pertama diletakkan pada lokasi BOTTOM, dan pada saat elemen baru dipush
ke stack, maka akan ditempatkan pada urutan lokasi alamat yang lebih rendah. Kita
menggunakan stack yang berkembang pada arah alamat memori berkurang dalam
diskusi kita, karena ini adalah praktek yang umum.
Gambar 8.5 menunjukkan stack item data word dalam memori komputer. Stack
tersebut berisi nilai numerik, dengan 43 pada dasar dan 28
pada puncak. Register
prosesor digunakan untuk mencatat alamat elemen stack yang berada di puncak pada
tiap waktu. Register ini disebut stack pointer (SP). Register tersebut dapat berupa
salah satu dari generalpurpose
register atau register yang didedikasikan untuk fungsi
ini. Jika kita mengasumsikan suatu memori byteaddressable dengan word length 32bit,
maka operasi push dapat diimplementasikan sebagai berikut
Subtract #4, SP
Move NEWITEM, (SP)
dimana instruksi Subtract mengurangi source operand 4 dari destination operand yang
terdapat dalam SP dan meletakkan hasilnya dalam SP. Dua instruksi ini memindahkan
word dari lokasi NEWITEM ke puttcak stack, menurunkan stack pointer sebesar 4
sebelum pemindahan. Operasi pop dapat diimplementasikan sebagai berikut
Move (SP), ITEM
Add #4, SP
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
15
Dua instruksi tersebut memindahkan nilai puncak dari stack ke lokasi ITEM dan
kemudian menaikkan stack pointer sebesar 4 sehingga pointer tersebut menunjuk ke
elemen puncak yang baru. Gambar 8.6 menunjukkan efek tiap operasi tersebut pada
stack dalam Gambar 8.5.
Gambar 8.5 Stack word dalam memori.
Jika prosesor memiliki mode pengalamatan Autodecrement dan Autoincrement,
maka operasi push dapat dilakukan dengan instruksi tunggal
Move NEWITEM, (
SP)
dan operasi pop dapat dilakukan sebagai berikut
Move (SP)+, ITEM
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
16
19
739
.
.
.
43
19
SP
28
17
NEWITEM
Stack
739
.
.
.
43
19
SP
28
17
ITEM
(a) Setelah push dari NEWITEM (b) Setelah pop ke dalam ITEM
Gambar 8.6. Efek operasi stack yang terdapat pada gambar 8.5.
Pada saat suatu stack digunakan dalam program, maka biasanya
dialokasikan sejumlah ruang tertentu di dalam memori. Dalam hal ini, kita
sebaiknya tidak mempop
off item pada stack kosong, yang dapat mengakibatkan
kesalahan pemrograman. Misalkan suatu stack dijalankan dari lokasi 2000
(BOTTOM) turun hingga tidak lebih dari lokasi 1500. Stack pointer diload
pada
awalnnya dengan nilai alamat 2004. Ingatlah bahwa SP diturunkan sebesar 4
sebelum data baru disimpan pada stack. Karenanya, nilai awal 2004 berarti
bahwa item pertama yang dipush
ke dalam stack akan berada pada lokasi 2000.
Untuk mencegah pushing item pada full stack atau popping off item pada empty
stack, maka operasi push dan pop tunggal dapat digantikan dengan rangkaian
instruksi yang ditampilkan pada Gambar 2.23.
Instruksi Compare
Compare src, dst
menjalankan operasi
[dst] – [src]
dan menset
condition code flag msesuai dengan hasil tersebut. Tidak mengubah nilai
salah satu operand tersebut.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
17
SAFEPOP Compare
Branch>0
Move
#2000,SP
EMPTYERR
OR
(SP)+,ITEM
Check to see if the stack pointer
contains an address value
greater than 2000. If it does, the
stack is empty. Branch to the
routine EMPTYERROR for
appropriate action.
Otherwise, pop the top of the
stack into memory location
ITEM.
(a) Routine untuk operasi safe pop
SAFEPUSH Compare
Branch < 0
Move
#1500, SP
FULLERROR
NEWITEM, (
SP)
Check to see if the stack pointer
contains an address value equal to
or less than 1500. If it does, the
stack is full. Branc to the routin
FULLERROR for appropriate
action
Otherwise, push the element in
memory location NEWITEM on
to the stack
(b) Routine untuk operasi safe push
Gambar 8.7. Mengecek kesalahan empty dan full pada operasi pop dan push
Struktur data lain yang mirip dengan stack disebut queu. Data disimpan clan
diarnbil dari queu pada basis firstinfirstout
(FIFO). Sehingga, jika kita
mengasumsikan bahwa queu berkembang dengan arah peningkatan alamat dalam
memori, yang merupakan praktek umum, data baru ditambahkan pada bagian
belakang (ujung beralamattinggi)
dan diambil dari bagian depan (ujung beralamatrendah)
dari queu.
Terdapat perbedaan yang umum antara bagaimana stack dan queu
diimplementasikan. Satu ujung dari stack tersebut tetap (bagian dasar), sedangkan
ujung yang lain naik dan turun pada saat data dipush
dan pop. Sebaliknya, kedua
ujung queu bergerak ke alamat yang lebih tinggi pada saat data ditambahkan pada
bagian belakang dan diambil dari bagian depan. Sehingga diperlukan dua pointer
untuk mcncatat dua aping queu.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
18
Perbedaan lain antara stack dan queu adalah,tanpa control lebih lanjut suatu
queu akan terus bergerak melalui memori kontputer ke arah alamat yang lebih tinggi.
Satu cara untuk membatasi queu pada wilayah tertentu dalam memori adalah dengan
menggunakan circular buffer. Marilah kita asumsikan hahwa alamat memori dari
BEGINNING ke END ditetapkan pada queu. Entri pertama pada queu dimasukkan ke
dalam lokasi BEGINNING, dan entri yang berurutan di ditambahkan ke queu dengan
memasukkannya pada alamatalamat
yang lebih tinggi secara berurutan. Pada saat
bagian belakang queu mencapai END, suatu ruang akan tercipta pada bagain awal
apabila beberapa item dihilangkan dari queu. Karenanya, back pointer direset
ke nilai
BEGINNING dan proses berlanjut. Sedangkan pada stack, diperlukan perhatian untuk
mendeteksi kapan daerah yang ditetapkan untuk struktur data tersebut sepenuhnya
lengkap atau sepenuhnya kosong.
8.6. SUBROUTINE
Pada suatu program, seringkali perlu untuk melakukan subtask tertentu
berulangkali pada nilai data yang berbeda. Subtask semacam itu biasanya disebut
subroutine. Misalnya, suatu subroutine dapat mengevaluasi fungsi sinus atau
mensortir suatu list nilai menjadi urutan meningkat atau menurun.
Sangat dimungkinkan untuk menyertakan blok instruksi yang terdiri dari
subroutine pada setiap tempat yang memerlukan program tersebut. Akan tetapi untuk
menghemat ruang, hanya satu copy dari instruksi yang merupakan subroutine
ditempatkan dalam memori, tiap program yang perlu menggunakan subroutine
tersebut hanya perlu branch ke lokasi mulainya. Pada saat sualu program branch ke
suatu subroutine kita katakan program tersebut memanggil subroutine. Instruksi yang
melakukan operasi branch ini disebut instruksi Call.
Setelah subroutine dieksekusi, calling program hams mcresume eksekusi,
melanjutkan dengan segera setelah instruksi yang memanggil subroutine tersebut.
Subroutine kembali ke program yang memanggilnya dengan mengeksekusi instruksi
Return. Karena subroutine dapat dipanggil dari tempat yang berbeda dalam calling
program, maka harus dibuat ketetapan untuk kembali ke lokasi yang sesuai. Lokasi
dimana calling program meresume eksekusi adalah lokasi yang ditunjuk oleh PC terupdate
pada saat instruksi Call sedang dieksekusi. Karenanya, isi PC harus disimpan
oleh instruksi Call tmtuk memungkinkan return yang tepat ke calling program.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
19
Cara computer memungkinkan call dan return dari subroutine disebut metode
linkage subroutine. Metode linkage subroutine yang paling sederhana adalah untuk
menyimpan return address dalam lokasi tertentu, yang dapat berupa suatu register
yang didedikasikan untuk fungsi ini. Register semacam itu disebut link register. Pada
saat subroutine menyelesaikan tugasnya, instruksi Return kembali ke calling program
dengan branching secara tidak langsung melalui link register.
Instruksi Call hanyalah instruksi branch khusus yang melakukan operasi berikut:
• Menyimpan isi PC dalam link register
• Branch ke alamat target yang ditetapkan oleh instruksi
Instruksi Return adalah instruksi branch khusus yang melakukan operasi
berikut:
• Branch ke alamat yang terdapat dalam link register
Gambar 8.8. mengilustrasikan prosedur ini.
Gambar 8.8. Linkage subroutine menggunakan register link.
8.7. SUBROUTINE NESTING DAN STACK PROSESOR
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
20
Praktek pemrograman umum, yang disebut subroutine nesting, adalah
menggunakan satu sub routine untuk memanggil subroutine lain. Dalam hat ini,
return address call yang kedua juga disimpan dalam link register, menghancurkan
isi sebelumnya. Karenanya, sangat penting untuk menyimpan isi link register
dalam lokasi lain sebelum memanggil subroutine lain. lika tidak return address
subroutine pertama akan hilang.
Subroutine nesting dapat dilakukan hingga kedalaman berapapun. Pada
akhirnya, subroutine terakhir dinyatakan menyelesaikan komputasinya dan
kembali ke subroutine yang memanggilnya. Return address yang diperlukan untuk
return pertama ini adalah yang terakhir yang dihasilkan dari rangkaian nested call.
Sehingga, return address dihasilkan dan digunakan dalam urutan lastinfirstout.
Hal ini menyatakan bahwa return address yang diasosiasikan dengan panggilan
subroutine sebaiknya dapat dipush
ke stack. Banyak prosesor menjalankan hal ini
secara otomatis sebagai salah satu operasi yang dilakukan oleh instruksi Call.
Register tertentu ditetapkan sebagai stack pointer, SP, untuk digunakan dalam
operasi ini. Stack pointer menunjuk ke suatu stack yang disebut stack prosesor.
Instruksi Call push isi PC ke stack prosessor dan meload
alamat subroutine ke
PC. Instruksi return pop return address dari stack prosessor ke dalam PC.
8.8. PARAMETER PASSING
Pada saat calling suatu subroutine, suatu program harus menyediakan
parameter ke subroutine, yaitu operand atau alamatnya, yang akan digunakan
dalam komputasi. Selanjutnya, subroutine mengembalikan parameter lain, dalam
hal ini, hasil komputasi tersebut. Pertukaran informasi antara calling program dan
subroutine disebut sebagai parameter passing. Parameter passing dapat dilakukan
dengan beberapa cara. Parameter tersebut dapat ditempatkan dalam register atau
dalam lokasi memori, sehingga dapat diakses oleh subroutine. Atau alternatif
lainnya, parameter tersebut dapat ditempatkan pada stack prosesor yang digunakan
untuk menyimpan return address.
Parameter passing melalui register prosesor adalah langsung dan efisien.
Gambar 8.9 menunjukkan bagaimana program yang digunakan untuk penambahan
sejumlah bilangan dapat diimplementasikan sebagai subroutine, dengan parameter
dilewatkan melalui register. Ukuran list tersebut, n, dimuat dalam lokasi memori
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
21
N, dan alamat NUM I dari bilangan pertama dilewatkan melalui register R 1 dan
R2. Jumlah yang dihitung oleh subroutine dilewatkan kembali ke calling program
melalui register R0. Empat instruksi pertama dalam Gambar 8.9 terdiri dari bagian
yang relevan dari calling program. Dua instruksi pertama meload n dan NUM 1 ke
dalam RI dan R2. Instruksi Call branch ke subroutine mulai dari lokasi LISTADD.
Instruksi ini juga push return address ke stack prosesor. Subroutine menghitung
jumlah dan meletakkannya dalam R0. Setelah operasi return dilakukan oleh
subroutine, maka jumlah disimpan dalam lokasi memori SUM oleh calling
program.
Calling program
Move
Move
Call
Move
N,Ri
#NUM1,R2
LIST ADD
RO,SUM
Rl serves as a counter.
R2 points to the list.
Call subroutine.
Save result.
.
.
.
Subroutine
LIST ADD Clear RO Initialize sum to 0.
LOOP Add (R2)+,RO Add entry from list.
Decrement Rl
Branch>0 LOOP
Return Return to calling program.
Program Gambar 8.9. ditulis sebagai subroutine; parameter dilewatkan melalui
register
Jika banyak parameter terlibat, maka mungkin jumlah generalpurpose
register
untuk melewatkannya ke subroutine tidak cukup. Sebaliknya dengan menggunakan
stack akan sangat fleksibel; stack dapat menangani sejumlah besar parameter. Contoh
berikut mengilustrasikan pendekatan ini. Gambar 8.10a menampilkan program ditulis
sebagai subroutine, LISTADD, yang dapat dipanggil oleh program lain untuk
menambahkan suatu list bilangan. Parameter yang dilewatkan ke subroutine ini adalah
alamat bilangan pertama dalam list dan bilangan entri. Subroutine melakukan
penambahan dan mengembalikan hasil yang telah terhitung. Parameter dipush
ke
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
22
stack prosesor yang ditunjuk oleh register SP Asumsikan bahwa sebelum subroutine
dipanggil, puncak stack berada pada level 1 pada Gambar 8.10b. Calling program
push alamat NUM 1 dan nilai n ke stack. Puncak stack sekarang berada pada level 2.
Subroutine menggunakan tiga register. Karena register tersebut dapat berisi data valid
yang merupakan bagian calling program, maka isinya harus disimpan dengan push ke
stack. Kita telah menggunakan instruksi tunggal, MoveMultiple, untuk menyimpan isi
register RO da R2 pada stack. Banyak prosesor memiliki instruksi semacam itu.
Puncak stack sekarang berada pada level 3. Subroutine mengakses parameter n dan
NUM 1 dari stack menggunakan pengalamatan terindex.
Perhatikanlah bahwa hal ini
tidak mengubah stack pointer karena item data valid masih berada di puncak stack.
Nilai n diload
ke dalam RI menggunakan nilai awal perhitungan, dan alamat NUMl
diload
ke R2, yang digunakan sebagai pointer untuk memindai entri list. Pada akhir
komputasi, register RO berisi jumlah tersebut. Sebelum subroutine tersebut kembali
ke calling program, isi RO diletakkan pada stack, menggantikan parameter NUMI,
yang tidak lagi diperlukan. Kemudian isi tiga register tersebut yang digunakan oleh
subroutine dipulihkan dari stack. Sekarang item puncak pada stack adalah return
address pada level 2. Setelah subroutine kembali, maka calling program menyimpan
hasilnya dalam lokasi SUM dan menurunkan puncak stack ke level awalnya dengan
menaikkan SP sebesar 8.
8.9. PARAMETER PASSING BY VALUE DAN BY REFERENCE
Perhatikanlah sifat dua parameter NUMl dan n, yang dilewatkan ke subroutine pada
Gambar 8.9 dan 8.10. Tujuan subroutine tersebut adalah menambahkan suatu list
bilangan. Bukannya melewatkan entri list sebenarnya, calling program melewatkan
alamat bilangan pertama dalam list. Teknik ini disebut passing by reference.
Parameter yang kedua passed by value, yaitu bilangan entri aktual, n, dilewatkan ke
subroutine.
8.10. STACK FRAME
Sekarang amatilah bagaimana stack digunakan dalam contoh pada Gambar 8.10.
Selama eksekusi subroutine, enam lokasi pada puncak stack berisi entri yang
diperlukan oleh subroutine tersebut. Lokasi ini merupakan ruang kerja privat untuk
subroutine, dibuat pada saat subroutine dimasuki dan dikosongkan pada saat
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
23
subroutine mengembalikan kontrol ke calling program. Ruang semacam itu disebut
stack frame. Jika subroutine memerlukan lebih banyak ruang untuk variabel mernori
lokal, maka dapat juga dialokasikan pada stack.
Assume top of stack is at level 1 below.
Move #NUMl,(
SP) Push parameters onto stack.
Move N,(
SP)
CaLL LIST ADD Call subroutine
(top of stack at Level 2).
Move 4(SP),SUM Save result.
Add #8,SP Restore top of stack
(top of stack at Level 1).
.
.
.
LIST ADD Mo ROR2,
(
SP) Save registers
(top of stack at Level 3).
Move 16(SP),R1 Initialize counter to n.
Move 20(SP),R2 Initialize pointer to the list.
Clear RO Initialize sum to 0.
LOOP Add (R2)+,RO Add entry from List.
Decrement R1
Branch>0 LOOP
Move R0,20(SP) Put result on the stack.
MoveMultiple (SP)+,ROR2
Restore registers.
Return Return to calling program.
(a) Calling program dan subroutine
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
24
[R0]
Return address
n
Level 2
[R2]
[R1]
(b) Puncak stack pada berbagai waktu
NUM1
Level 1
Level 3
Gambar 8.10. Parameter dilewatkan pada stack
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
25
Gambar 8.11. Contoh stack frame subroutine
Gambar 8.11 menampilkan suatu contoh layout yang biasa digunakan sebagai
informasi dalam suatu stack frame. Selain stack pointer, SP, perlu juga untuk
memiliki register pointer lainnya, yang disebut frame pointer (FP), untuk akses mudah
ke parameter yang dilewatkan ke subroutine dan ke variabel memori lokal yang
digunakan oleh subroutine. Variabel lokal tersebut hanya digunakan dalam
subroutine, sehingga tepat untuk mengalokasikan ruang dalam stack frame yang
diasosiasikan dengan subroutine tersebut. Pada Gambar tersebut, kita mengasumsikan
bahwa empat parameter dilewatkan ke subroutine, tiga variabel lokal digunakan
dalam subroutine, dan register RO dan RI perlu disimpan karena juga akan digunakan
dalam subroutine.
Dengan register FP menunjuk ke lokasi tepat di atas return address yang
disimpan, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 8.11, kita dapat dengan mudah
mengakses parameter dan variabel lokal dengan menggunakan mode pengalamatan
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
26
Index. Parameter dapat diakses dengan menggunakan alamat 8(FP), 12(FP), ...
Variabel lokal dapat diakses menggunakan alamat 4(
FP), 8(
FP), ...Isi FP tetap
selama eksekusi subroutine, berbeda dengan stack pointer, SP, yang harus selalu
menunjuk ke elemen teratas pada stack saat ini.
Sekarang marilah kita membahas bagaimana pointer SP dan FP dimanipulasi
pada saat stack frame dibuat, digunakan, dan dibongkar untuk pemanggilan
subroutine tersebut. Kita mulai dengan mengasumsikan bahwa SP menunjuk ke
elemen topofthestack
(TOS) lama pada Gambar 8.11. Sebelum subroutine
dipanggil, calling program mendorong empat parameter tersebut ke stack. Instruksi
stack kemudian dieksekusi, hasilnya adalah return address didorong ke stack.
Sekarang SP menunjuk ke return address ini, dan instruksi pertama dari subroutine
tersebut dieksekusi. Ini adalah titik dimana frame pointer FP diset
untuk mengisikan
alamat memori yang sesuai. Karena SP biasanya merupakan generalpurpose
register,
maka register tersebut dapat berisi informasi penggunaan calling program. Oleh
karena itu, isinya disimpan dengan push ke dalam stack. Karena SP sekarang
menunjuk ke posisi ini, maka isinya dicopy
ke dalam FP.
Sehingga, dua instruksi pertama yang dieksekusi dalam subroutine adalah
Move FP, (
SP)
Move SP, FP
Setelah instruksi tersebut dieksekusi, SP dan FP menunjuk ke isi FP yang
disimpan. Ruang untuk tiga variabel lokal tersebut sekarang dialokasikan pada stack
dengan mengeksekusi instruksi
Subtract #12, SP
Akhirnya, isi register prosesor RO dan Rl disimpan dengan push ke stack. Pada
titik ini, stack frame telah diset
up sebagaimana yang ditampilkan pada Gambar
tersebut.
Subroutine sekarang mengeksekusi tugasnya. Pada saat tugas tersebut selesai,
subroutine pop nilai RI dan RO kembali ke register tersebut, memindahkan variabel
lokal dari stack frame dengan mengeksekusi instruksi sebagai berikut
Add #12, SP
dan pop nilai FP lama yang tersimpan kembali ke FE Pada titik ini, SP
menunjuk ke return address, sehingga instruksi return dapat dieksekusi, mentransfer
kontrol kembali ke calling program.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Kementerian Nasional
27
Calling program bertanggungjawab untuk memindahkan parameter dari stack
frame, yang beberapa diantaranya mungkin merupakan hasil'yang dikembalikan oleh
subroutine. Stack pointer sekarang menunjuk ke TOS lama, dan kita kembali ke
tempat kita mulai.
8.11. STACK FRAME UNTUK NESTED SUBROUTINE
Stack adalah struktur data yang sesuai untuk menyimpan return address pada
saat subroutine nested. Jelas bahwa stack frame lengkap untuk nested subroutine
dibuat pada stack prosesor pada saat dipanggil. Dalam hal ini, perhatikanlah bahwa isi
FP yang tersimpan dalam frame terbaru pada puncak stack adalah isi frame pointer
untuk stack frame subroutine yang memanggil subroutine terbaru.
Suatu contoh program utama yang memanggil subroutine pertama SUB I,
kemudian memanggil subroutine kedua SUB2, ditampilkan pada Gambar 8.12. Stack
frame yang berhubungan dengan dua nested subroutine ini ditampilkan pada Gambar
8.13. Semua parameter yang terlibat dalam contoh ini dilewatkan ke stack. Gambar
tersebut hanya menampilkan aliran kontrol dan data diantara tiga program tersebut.
Komputasi yang sebenarnya tidak ditampilkan.
Aliran eksekusinya adalah sebagai berikut. Program utama push dua parameter
param2 dan paraml ke stack dalam susunan tersebut dan kemudian memanggil SUB
1. Subroutine pertama ini bertanggung jawab untuk menghitung jawaban tunggal dan
melewatkannya kembali ke program utama pada stack. Selama rangkaian komputasi,
SUB 1 memanggil subroutine kedua SUB2, untuk menjalankan beberapa subtugas.
SUB I melewatkan parameter tunggal param3 ke SUB2 dan mendapatkan suatu hasil
yang dilewatkan kembali padanya. Setelah SUB2 mengeksekusi instruksi Returnnya,
maka hasil ini disimpan dalam register R2 oleh SUBI. SUB1 kemudian melanjutkan
komputasinya dan pada akhirnya melewatkan jawaban yang diminta kembali ke
program utama pada stack. Pada saat SUB 1 mengeksekusi returnnya
ke program
utama, maka program utama menyimpan jawaban ini dalam lokasi memori RESULT
dan melanjutkan komputasinya pada “instruksi berikutnya.”
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
28
Memory Location Instructions Comments
Main program
.
.
.
2000 Move PARAM2,(
SP) Place parameters on stack.
2004 Move PARAMI,(
SP)
2008 Call SUB1
2012 Move (SP),RESULT Store result.
2016 Add #8,SP Restore stack level.
2020 next instruction
.
.
.
First subroutine
2100 SUB1 Move FP,(
SP) Save frame pointer register.
2104 Move SP,(
SP) Load the frame pointer.
2108 Move Multiple ROR3,
(
SP) Save registers.
2112 Move 8(FP),RO Get first parameter.
Move 12(FP),Rl Get second parameter.
.
.
.
Move PARAM3,(
SP) Place a parameter on stack.
2160 Call SU82
2164 Move (SP)+,R2 Pop SUB2 result into R2.
.
.
.
Move R3,8(FP) Place answer on stack.
Move Multiple (SP)+,ROR3
Restore registers.
Move (SP)+,FP Restore frame pointer register.
Return Return to Main program.
Second subroutine
3000 SUB2 Move FP,(
SP) Save frame pointer register.
Move SP,FP Load the frame pointer.
Move Multiple RORl,
(
SP) Save registers RO and R1.
Move 8(FP),RO Get the parameter.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
29
.
.
.
Move R1,8(FP) Place SUB2 result on stack.
Move Multiple (SP)+,ROR3
Restore registers RO and Rl.
Move (SP)+,FP Restore frame pointer register.
Return Return to Subroutine 1.
Gambar 8.12. Nested Subroutine
[FP] from SUB1
2164
param3
[R1] from SUB1
[R0] from SUB1
[R3] from Main
[R2] from Main
[R1] from Main
2012
[FP] from Main
[R0] from Main
param1
FP
TOS lama
param2
FP Stack frame untuk
subroutine kedua
Stack frame untuk
subroutine pertama
Gambar 8.13. Stack frame untuk gambar 8.12.
Komentar pada Gambar 8.12 menyediakan detil bagaimana pengaturan aliran
eksekusi ini. Aksi pertama yang dilakukan oleh tiap subroutine adalah menset
frame
pointer, setelah menyimpan isi sebelumnya ke stack, dan menyimpan register lain
yang diperlukan. SUBI menggunakan empat register, RO hingga R3, dan SUB2
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Universitas Pendidikan Ganesha
Departemen Kementrian Nasional
30
menggunakan dua register, RO dan RI. Register dan frame pointer dipulihkan tepat
sebelum return dieksekusi.
Mode pengalamatan Index yang melibatkan register frame pointer FP digunakan
untuk meload
parameter dari stack dan menempatkanjawabannya kembali ke stack.
Byte offset yang digunakan dalam operasi ini selalu 8, 12, ..., sebagaimana telah
dibahas untuk general stack frame pada Gambar 8.11. Akhirnya, perhatikanlah bahwa
routine calling bertanggung jawab untuk memindahkan parameter dari stack. Hal ini
dilakukan oleh instruksi Add dalam program utama, dan oleh instruksi Move pada
lokasi 2164 dalam SUB 1.
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Universitas Pendidikan Ganesha
BAHASA ASSEMBLY
Instruksi mesin dinyatakan dengan pola 0 dan l. Pola semacam itu sangat sulit
untuk dijelaskan pada saat membahas atau menyiapkan program. Oleh karena itu, kita
menggunakan nama simbolik untuk menyatakan pola tersebut. Sejauh ini kita telah
menggunakan katakata
biasa seperti Move, Add, Increment, dan Branch, untuk
instruksi operasi yang menyatakan pola kode biner yang sesuai. Pada saat menulis
program untuk komputer tertentu, katakata
tersebut biasanya diganti dengan akronim
yang disebut mnemonic, seperti MOV, ADD, INC, dan BR Serupa dengan kita
menggunakan notasi R3 untuk mengacu pada register 3, dan LOC untuk mengacu
pada lokasi memori. Set lengkap nama simbolik semacam dan aturan penggunaannya
membentuk bahasa pemrograman, yang biasanya disebut sebagai bahasa assembly.
Set aturan untuk menggunakan mnemonic dalam spesifikasi instruksi dan program
lengkap disebut syntax bahasa
.
Program yang ditulis dalam bahasa assembly dapat secara otomatis
ditranslasikan ke rangkaian instruksi mesin oleh suatu program yang disebut
assembler. Program assembler adalah salah satu kumpulan program yang merupakan
bagian dari software sistem. Assembler, seperti halnya program yang lain, disimpan
sebagai rangkaian instruksi mesin dalam memori komputer. Program user biasanya
dimasukkan ke dalam komputer melalui keyboard dan disimpan dalam memori atau
disk magnetik. Pada titik ini, program user hanyalah kumpulan baris karakter
alfanumerik. Pada saat program assembler dieksekusi, program tersebut membaca
program user, menganalisanya, dan kemudian menghasilkan program bahasa mesin
yang diinginkan. Bahasa mesin tersebut berisi pola 0 dan 1 yang menetapkan instruksi
yang akan dieksekusi oleh komputer tersebut. Program user dalam format teks
alfanumerik aslinya disebut source program, dan program bahasa mesin yang diassemble
disebut object program.
Bahasa assembly untuk suatu komputer mungkin case sensitive atau mungkin
tidak, sehingga, komputer tersebut bisa membedakan antara huruf kapital dan huruf
kecil atau tidak dapat. Kita akan menggunakan huruf kapital mark menunjukkan
semua nama dan label dalam contoh kita untuk dapat meningkatkan kemudahan
pembacaan teks. Misalnya, kita akan menuliskan instruksi Move sebagai berikut
MOVE R0, SUM
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
2
MOVE mnemonic menyatakan pola biner, atau OP code, untuk operasi yang
dilakukan oleh instruksi tersebut. Assembler mentranslasi rnnemonic ini menjadi OP
code biner yang dipahatni komputer.
Mnemonic OPcode
diikuti oleh setidaknya satu karakter spasi kosong.
Kemudian informasi yang menyatakan operand ditetapkan. Dalam contoh kita, source
operand berada dalam register R0. Informasi ini diikuti oleh spesifikasi destination
operand, dipisah dari source operand dengan koma, tanpa jeda kosong. Destination
operand berada dalam lokasi memori yang alamat binernya dinyatakan dengan nama
SUM.
Karena terdapat beberapa mode pengalamatan yang dapat digunakan untuk
menetapkan lokasi operand, maka bahasa assembly barns mengindikasikan mode
mana yang digunakan. Misalnya, nilai numerik atau nama yang digunakannya, seperti
SUM pada instruksi sebelumnya, dapat digunakan untuk menunjukkan mode
Absolute. Sehingga instruksi
ADD #5, R3
menambahkan bilangan 5 ke isi register R3 dan meletakkan hasilnya kembali ke
register R3. tanda sharp bukanlah cara satusatunya
untuk menunjukkan mode
pengalamatan Immediate. Dalam beberapa bahasa assembly, mode pengalamatan
yang dimaksud dinyatakan dalam mnemonic OPcode.
Dalam hal ini, suatu instruksi
memiliki mnonemonic OPcode
yang berbeda untuk mode peugalamatan yang
berbeda. Misalnya, iustruksi Add sebelumnya dapat ditulis sebagai berikut
ADDI 5, R3
Akhiran I dalam mnemonic ADDI menyatakan bahwa source operand dinyatakan
dalam mode pengalamatan Immediate.
Pengalamatan Indirect biasanya dinyatakan dengan meletakkan tanda kurung di
sekitar nama atau simbol yang menunjukkan pointer ke operand. Misalnya, jika
nomor 5 ditempatkan dalam lokasi memori yang alamatnya disimpan dalam register
R2, maka aksi yang diinginkan dapat ditetapkan sebagai berikut
MOVE #5, (R2)
atau mungkin
MOVE 5, (R2)
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
3
ASSEMBLER DIRECTIVE
Selain menyediakan mekanisme untuk menyatakan instruksi dalam suatu
program, bahasa assembly memungkinkan programer untuk menetapkan informasi
lain yang diperlukan untuk mentranslasikan source program ke dalam object program.
Kita telah menyebutkan bahwa kita perlu untuk menetapkan nilai numerik ke tiap
nama yang digunakan dalam program. Misalkan nama SUM digunakan untuk
menyatakan nilai 200. Fakta ini mungkin disampaikan ke program assembler melalui
pernyataan seperti
SUM EQU 200
Pernyataan ini tidak menunjuk suatu instruksi yang akan dieksekusi pada saat
object program dijalankan; sebenarnya, bahkan tidak akan muncul dalam object
program. Hanya memberitahu assembler bahwa nama SUM seharusnya digantikan
dengan nilai 200 kapanpun muncul dalam program. Pernyataan semacam itu, yang
disebut assembler directive (atau perintah), digunakan oleh assembler pada saat
mentranslasikan source program menjaadi object program.
100 Move N, R1
104 Move #NUM1,
R2
108 Clear R0
LOOP 112 Add (R2), R0
116 Add #4, R2
120 Decrement R1
124 Branch > 0 LOOP
128 Move R0, SUM
132
.
.
.
SUM 200
N 204 100
NUM1 208
NUM2 212
.
.
.
NUMn 604
Gambar 8.1. Pengaturan memori untuk program
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
4
Untuk menjalankan program pada komputer, maka kita perlu untuk menuliskan
source codenya
dalam bahasa assembly yang diperlukan, menetapkan semua informasi
yang diperlukan untuk menghasilkan object program yang sesuai. Misalkan tiap
instruksi dan tiap item data memiliki satu word memori. Juga asumsikan bahwa memori
tersebut adalah byte addressable dan word lengthnya
adalah 32 bit. Misalkan juga
bahwa object program diload
dalam memori utama sebagaimana yang ditunjukkan
dalam Gambar 8.1. Gambar tersebut menujukkan alamat memori dimana instruksi
mesin dan item data yang diminta didapatkan setelah program diload
untuk eksekusi.
Jika assembler adalah untuk menghasilkan object program sesuai dengan pengaturan
ini, maka harus mengetahui
Ø Bagaimana menginterpretasikan nama tersebut
Ø Dimana barns menempatkan instruksi tersebut dalam memori
Ø Dimana harus menempatkan operand data dalam memori
Untuk mendapatkan informasi ini, source program dapat ditulis sebagaimana
ditampilkan pada Gambar 8.2. Program dimulai dengan assembler directives. Kita telah
membahas direktive Equate, EQU, yang menginformasikan pada assembler tentang
nilai SUM. Assembler directive yang kedua, ORIGIN, menyatakan pada program
assembler tempat untuk meletakkan blok data berikutnya di memori. Dalam hal ini,
lokasi yang ditetapkan memiliki alamat 204. Karena lokasi ini diload
dengan nilai 100
(yang merupakan bilangan entri dalam list), maka directive DATAWORD digunakan
untuk menginfonnasikan pada assembler persyaratan ini. Dinyatakan bahwa nilai data
100 ditempatkan dalarn word memori pada alamat 204.
Pernyataan apapun yang menghasilkan instruksi atau data ditempatkan dalam lokasi
memori dapat diberi label alamat memori. Label tersebut menetapkan suatu nilai yang
setara dengan alamat lokasi tersebut. Karena pernyataan DATAWORD diberi label N,
maka nama N ditetapkan dengan nilai 204. Kapanpun N digunakan pada sebagian
program, maka akan digantikan dengan nilai tersebut. Menggunakan N sebagai label
dengan cara tersebut ekuivalen dengan menggunakan assembler directive
N EQU 204
Directive RESERVE menyatakan bahwa suatu blok memori 400 byte akan direserve
untuk data, dan nama NUM1 dihubungkan dengan alamat 208. Directive ini
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
5
tidak menyebabkan data apapun diload
ke lokasi tersebut. Data dapat diload
dalam
memori menggunakan prosedur input.
Label
alamat
memori
Operasi
Pengalamatan
atau informasi
data
Assembler directives sum EQU 200
ORIGIN 204
N DATAWORD 100
NUM1 RESERVE 400
ORIGIN 100
Statements that START MOVE N,Rl
generate MOVE #NUM1,R2
machine CLR RO
instructions LOOP ADD (R2),RO
ADD q4,R2
DEC R1
BGTZ LOOP
MOVE RO,SUM
Assembler directives RETURN
END START
Gambar 8.2. Representasi bahasa assembly untuk program pada gambar 8.1.
Directive ORIGIN kedua menetapkan bahwa instruksi object program akan diload
dalam memori mulai dari alamat 100. Diikuti dengan instruksi yang ditulis
dengan mnemonic dan syntax yang sesuai. Pernyataan terakhir dalam source program
adalah assembler directive END, yang menyatakan pada assembler bahwa ini
merupakan akhir teks source program. Directive END menyertakan label START,
yang merupakan alamat lokasi dimana eksekusi program dimulai.
Kita telah menjelaskan semua pernyataan dalam Gambar 8.2 kecuali RETURN.
Ini merupakan assembler directive yang menyatakan titik dimana eksekusi program
harus dihentikan. Pernyataan ini menyebabkan assembler menyisipkan suatu instruksi
mesin yang sesuai yang mengembalikan kontrol ke sistem operasi komputer tersebut.
Kebanyakan bahasa assembly meminta pernyataan dalam source program
dituliskan dalam bentuk
Label Operation Operand Comment
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
6
Empat field tersebut dipisahkan oleh delimiter yang sesuai, biasanya satu atau
lebih karakter kosong. Label adalah nama opsional yang dihubungkan dengan alamat
memori dimana instruksi bahasa mesin yang dihasilkan dari pernyataan tersebut akan
diload.
Label juga dapat dihubungkan denagn alamat item data. Pada Gambar 8.2
terdapat lima label: SUM, N, NUM1, START, dan LOOP.
Field Operation berisi mnemonic OPcode
dari instruksi yang dimaksud atau
directive assembler. Field Operand berisi informasi pengalamatan untuk mengakses
satu atau dua operand, tergantung pada tipe informasinya. Field Comment diabaikan
oleh program assembly. Field tersebut digunakan untuk tujuan dokumentasi sehingga
program lebih mudah dipahami.
Kita hanya telah memperkenalkan karakteristik bahasa assembly yang sangat
dasar. Bahasa ini berbeda detil dan kompleksitasnya dari satu komputer ke komputer
lain.
8.2. ASSEMBLY DAN EKSEKUSI PROGRAM
Source program yang ditulis dalam bahasa assembly harus diassemble
menjadi
object program bahasa mesin sebelum dapat dieksekusi. Hal ini dilakukan oleh
program assembler, yang mengganti semua simbol untuk mode operasi dan
penggalamatan dengan kode biner yang digunakaa dalam instruksi mesin, dan
mengganti semua nama dan label dengan nilai sebenarnya.
Assembler menetapkan alamat untuk instruksi dan blok data, mulai dari alamat
yang ada dalam asembler directive ORIGIN. Juga menyisipkan konstanta yang
dapat dinyatakan dalam perintah DATAWORD dan ruang memori cadangan
sebagaimana yang diminta oleh perintah RESERVE.
Bagian utama proses assembly menetapkan nilainilai
untuk menggantikan
namanama
tersebut. Pada beberapa kasus, dimana nilai suatu nama ditetapkan oleh
directive EQU, maka ini merupakan tugas langsung. Pada kasus lain, dimana suatu
nama didefinisikan dalam field Label suatu instruksi, maka nilai yang diwakili nama
ini ditentukan dengan lokasi instruksi ini dalam object program terassemble.
Karenanya, assembler barns mencatat alamatalamat
yang menghasilkan kode mesin
untuk instruksi yang berurutan. Misalnya, nama START dan LOOP masingmasing
akan menetapkan nilai 100 dan 112.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
7
Pada beberapa kasus, assembler tidak secara langsung mengganti nama yang
mewakili alamat dengan nilai yang sebenarnya dari alamat ini. Misalnya, pada
instruksi branch, nama yang menetapkan lokasi dimana branch dilakukan (branch
target) tidak diganti dengan alamal yang sebenarnya. Instruksi branch biasanya
diimplementasikan dalam kode mesin dengan menetapkan branch target
menggunakan mode penggalamatan Relative. Assembler menghitung branch offset,
yaitu jarak ke target, clan meletakkannya dalam instruksi mesin.
Pada saat assembler memindai source program, assembler akan mencatat semua
nama dan nilai numerik yang berhubungan dengannya dalam tabel simbol.
Sehingga, pada saat nama tersebut muncul untuk kedua kalinya, akan digantikan
dengan nilainya dari tabel tersebut. Persoalan muncul pada saat strain nama muncul
sebagai operand sebelum mendapatkan nilainya. Misalnya, hal ini terjadi jika
diperlukan suatu forward branch. Assembler tidak akan mampu menetapkan branch
target, karena nama yang dimaksud belum direkam dalam tabel symbol. Pada akhir
lewatan ini, semua nama harus telah ditetapkan dengan nilai numerik. Assembler
kemudian memasuki source program untuk kedua kalinya dan mensubstitusi nilai
untuk semua nama dari tabel simbol. Assembler tersebut disebut twopass
assembler.
Assembler tersebut menyimpan object program pada disk magnetik. Object
program harus diload
ke dalam memori komputer sebelum dieksekusi. Pada saat
hal ini berjalan, program utiliti lain yang disebut loader harus telah tersedia dalam
memori. Mengeksekusi loader adalah menjalankan serangkaian operasi input yang
diperlukan untuk mentransfer program bahasa mesin dari disk ke tempat tertentu
dalam memori. Loader harus mengetahui panjang program dan alamat dalam
memori yang akan digunakan untuk menyimpannya. Assembler biasanya
menyimpan informasi ini pada header sebelum kode objek. Setelah meload
kode
objek, loader mulai mengeksekusi object program dengan melakukan branching ke
instruksi pertama yang akan dieksekusi. Ingatlah bahwa alamat instruksi tersebut
telah disertakan dalam program bahasa assembly sebagai operand assembler
directive END. Assembler menyertakan alamat ini di dalarn header yang
mendahului kode objek pada disk.
Pada saat object program mulai mengeksekusi, akan diselesaikan hingga akhir
kecualijika terdapat kesalahan logika dalam program tersebut. User harus mampu
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
8
menemukan kesalahan tersebut dengan mudah. Assembler dapat mendeteksi clan
melaporkan kesalahan syntax. Unmk membantu user menemukan kesalahan
pemrograman yang lain, software sistem biasanya menyertakan program debugger.
Program ini memungkinkan user menghentikan eksekusi object program pada suatu
titik yang diinginkan dan memeriksa berbagai register prosesor dan lokasi memori.
8.3. NOTAS1 BILANGAN
Pada saat berhadapan dengan nilai numerik, seringkali lebih mudah untuk
menggunakan notasi desimal yang telah dikenal. Tentu saja, nilai tersebut disimpan
dalam komputer sebagai bilangan biner. Pada beberapa situasi, lebih mudah untuk
menetapkan pola biner secara langsung.
Kebanyakan assembler memungkinkan bilangan numerik dinyatakan dengan
berbagai cara yang berbeda, menggunakan konvensi yang ditetapkan oleh syntax
bahasa assembly. Misalkan, bilangan 93, yang dinyatakan dengan bilangan biner 8bit
01011101. Jika nilai ini digunakan sebagai operand Immediate, maka dapat
dinyatakan sebagai bilangan desimal, sebagaimana dalam instruksi
ADD #93, RI
atau sebagai bilangan bitter yang diidentifikasi dengan simbol awalan seperti tanda
persen, sebagaimana dalam
ADD #%01011101, R1
Bilangan biner dapat dituliskan lebih padat sebagai bilangan heksadesimal, atau
hex, dengan empat bit dinyatakan dengan digit hex tunggal. Notasi hex adalah
ekstensi langsung dari kode BCD yang terdapat dalam Apendiks E. Sepuluh pola
pertama 0000, 0001, ..., 1001, dinyatakan dengan digit 0, 1, ..., 9 sebagaimana dalam
BCD. Sisa enam pola 4bit,
1010, 1011, ..., I111, dinyatakan dengan huruf A, B, ..., F.
Dalam representasi heksadesimal, nilai desimal 93 menjadi SD. Dalam bahasa
assembly, representasi hex seringkali diidentifikasi dengan awalan tanda dolar.
Sehingga kita menuliskannya
ADD #$SD, R1
8.4. OPERASI INPUT/OUTPUT DASAR
Bagian sebelumnya dalam bab ini mendeskripsikan instruksi mesin dan mode
pengalamatan. Kita telah mengasumsikan bahwa data yang dikenai operasi instruksi
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
9
ini telah disimpan dalam memori. Kita sekarang membahas sarana yang digunakan
untuk mentransfer data antara memori komputer dan dunia luar. Operasi Input/Output
(I/O) sangat penting, dan cara operasi tersebut dijalankan dapat memiliki efek yang
signifikan pada performa komputer.
Misalkan suatu tugas untuk membaca input karakter dari keyboard dan
menghasilkan output karakter pada layar display. Cara sederhana untuk menjalankan
tugas I/O tersebut adalah dengan menggunakan metode yang dikenal sebagai
programcontrolled
I/O. Kecepatan transfer data dari keyboard ke komputer dibatasi
oleh kecepatan mengetik user, yang tampaknya tidak melebihi beberapa karakter per
detik. Kecepatan transfer output dari komputer untuk ditampilkan jauh lebih tinggi.
Hal ini ditentukan oleh kecepatan karakter ditransmisikan melalui link antara
komputer dan perangkat display, biasanya, beberapa ribu karakter per dedtik. Akan
tetapi ini masih jauh lebih lambat daripada kecepatan prosesor yang dapat
mengeksekusi jutaan instruksi per detik. Perbedaan kecepatan antara prosesor dan
perangkat I/O menimbulkan kebutuhan akan adanya mekanisme untuk
mensinkronisasikan transfer data diantara keduanya.
Gambar 8.3 Koneksi bus untuk prosesar, keyboard, dan display.
Solusi untuk persoalan tersebut adalah sebagai berikut: pada output, prosesor
mengirim karakter pertama dan kemudian menunggu sinyal dari display bahwa
karakter telah diterima.
Kemudian mengirim karakter kedua, dan seterusnya. Input dikirim dari keyboard
dengan cara yang sama; prosesor menunggu sinyal yang mengindikasikan bahwa
suatu tombol karakter telah ditekan dan kodenya tersedia dalam beberapa register
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
10
buffer yang diasosiasikan dengan keyboard. Kemudian prosesor membaca kode
tersebut.
Keyboard dan display adalah perangkat yang terpisah. Tindakan menekan suatu
tombol pada keyboard tidak secara otomatis menyebabkan karakter yang sesuai
ditampilkan pada layar. Satu blok instruksi dalam program I/O mentransfer karakter
tersebut ke prosesor, dan blok lain yang berhubungan dengan instruksi tersebut
menyebabkan ditampilkannya karakter tersebut.
Misalkan suatu persoalan pemindahan kode karakter dari keyboard ke prosesor.
Menekan suatu tombol akan menyimpan kode karakter yang sesuai dalam register
buffer 8bit
yang sesuai dengan keyboard. Mari kita sebut register ini DATAIN.
Untuk memberitahu prosesor bahwa karakter yang valid berada dalam DATAIN,
suatu status control flag, SIN, diset
ke 1. Suatu program memonitor SIN, dan saat
SIN diset
ke 1, prosesor membaca isi DATAIN. Pada saat karakter ditransfer ke
prosesor, maka SIN secar otomatis dikosongkan ke 0. Jika karakter kedua dimasukkan
melalui keyboard, maka SIN diset lagi ke 1 dan proses tersebut diulang.
Proses yang analog terjadi pada saat karakter ditransfer dari prosesor ke display.
Register buffer, DATAOUT, dan status control flag, SOUT, digunakan untuk transfer
ini. Pada saat SOUT setara dengan I, maka display siap untuk menerima suatu
karakter. Di bawah kontrol program, prosesor memonitor SOUT, dan pada saat SOUT
diset ke 1, prosesor mentransfer kode karaktei ke DATAOUT. Transfer karakter ke
DATAOUT mengosongkan SOUT ke 0; pada saat perangkat display siap untuk
menerima karakter kedua, maka SOUT sekali lagi di set ke 1. Register buffer
DATAIN dan DATAOUT dan flag status SIN dan SOUT adalah bagian dari sirkuit
yang biasanya dikenal sebagai device interface. Sirkuit untuk tiap perangkat
dihubungkan ke prosessor melalui bus, sebagaimana yang diperlihatkan pada Gambar
2.19.
Untuk menjalankan transfer I/O, kita memerlukan instruksi mesin yang dapat
memeriksa keadaan flag status dan transfer data antara prosesor dan perangkat I/O.
Instruksi tersebut memiliki kemiripan format dengan yang digunakan untuk
memindahkan data antara prosesor dan memori. Misalnya, prosesor dapat memonitor
flag status keyboard SIN dan transfer karakter dari DATAIN ke register Rl dengan
rangkaian operasi sebagai berikut:
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
11
READWAIT Branch to READMIT if SIN = 0
Input from DATAIN to R1
Operasi Branch biasanya diimplementasikan oleh dua instruksi mesin. Instruksi
pertama menguji flag status dan yang kedua menjalankan branch. Sekalipun detilnya
bervariasi dan satu komputer ke komputer lain, ide utamanya adalah prosesor
memonitor flag status dengan mengeksekusi wait loop pendek dan melanjutkan untuk
mentransfer data input pada saat SIN diset ke 1 sebagai hasil dari adanya suatu tombol
yang ditekan. Operasi Input mereset
SIN ke 0.
Rangkaian yang analog dari operasi tersebut digunakan untuk mentransfer
output ke dis play. Contohnya adalah
WRITEWAIT Branch to WRITEWAIT if SOUT = 0
Output from R1 to DATAOUT
Lagi, operasi Branch biasanya diimplementasikan oleh dua instruksi mesin.
Wait loop dieksekusi berulangkali hingga flag status SOUT diset
ke 1 oleh display
pada saat display bebas untuk menerima suatu karakter. Operasi Output mentransfer
suatu karakter dari RI ke DATAOUi untuk ditampilkan, dan operasi tersebut
mengosongkan SOUT ke 0.
Kita mengasumsikan bahwa keadaan awal SIN adalah 0 dan keadaan awal
SOUT adalah 1. Awalan ini biasanya dilakukan oleh sirkuit kontrol perangkat pada
saat perangkat ditempatkan di bawah kontrol komputer sebelum eksekusi program
dimulai.
Hingga sekarang, kita telah mengasumsikan bahwa alamat yang dinyatakan oleh
prosesor untuk untuk mengakses iustruksi dan operand selalu mengacu ke lokasi
memori. Banyak komputer menggunakan pengaturan yang disebut memorymapped
I/O dimana beberapa nilai alamat memori digunakan untuk mengacu ke
register buffer perangkat periferal, seperti DATAIN dan DATAOUT. Sehingga,
tidak ada instruksi khusus untuk mengakses isi register tersebut; data dapat
ditransfer antara register dan prosesor menggunakan instruksi yang telah kita
bahas, seperti Move, Load, atau Store. Misalnya, isi buffer karakter keyboard
DATAIN dapat ditransfer ke register R1 dalam prosesor dengan instruksi
MoveByte DATAIN, RI
Serupa dengan isi register RI dapat ditransfer ke DATAOUT dengan instruksi
MoveByte R1, DATAOUT
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
12
Flag status SIN dan SOUT secara otomatis dikosongkan pada saat masingmasing
mengacu pada register buffer DATAIN dan DATAOUT. Kode operasi
MoveByte menunjukkan bahwa ukuran operand adalah satu byte, untuk
membedakannya dari kode operasi Move yang telah digunakan untuk operand
word. Kita telah menetapkan bahwa dua buffer data pada Gambar 2.19 dapat
diberi alamat seakan keduanya adalah dua lokasi memori. Sangat dimungkinkan
untuk menangani flag status SIN dan SOUT dengan cara yang sama, dengan
menetapkan alamat yang berbeda padanya. Akan tetapi, lebih umum untuk
menyertakan SIN dan SOUT pada register device status, satu untuk tiap dua
perangkat. Mari kita asumsikan bahwa bit b3 dalam register INSTATUS dan
OUTSTATUS masingmasing
berhubungan dengan SIN dan SOUT. Operasi baca
yang barn saja dideskripsikan dapat diimplementasikan dengan rangkaian instruksi
mesin
READWAIT Testbit #3,INSTATUS
Branch=0 READWAIT
MoveByte DATAIN, R1
Operasi tulis dapat diimplementasikan sebagai berikut
WRITEWAIT Testbit #3, OUTSTATUS
Branch=0 WRITEWAIT
MoveByte RI, DATAOUT
Instruksi Testbit menguji keadaan satu bit pada lokasi destinasi, dimana
posisi bit yang diuji diindikasikan oleh operand pertama. Jika bit yang diuji setara
dengan 0, maka kondisi instruksi branch adalah benar, dan suatu branch dibuat
pada awal wait loop. Pada saat perangkat tersebut siap, yaitu pada saat bit yang
diuji menjadi setara dengan 1, data dibaca dari buffer input atau ditulis ke buffer
output.
Program yang ditampilkan pada Gambar 8.4 menggunakan dua operasi untuk
membaca baris karakter yang diketikkan pada keyboard dan dikirim ke parangkat
display. Pada saat karakter tersebut dibaca, satu demi satu, karakter tersebut
disimpan pada area data dalam memori dan kemudian ditampilkan pada display.
Program berakhir pada saat karakter carriage return, CR, dibaca, disimpan, dan
dikirim ke display. Alamat lokasi byte pertama dari memori data area tempat baris
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
13
tersebut disimpan adalah LOC dengan instruksi pertama dari program tersebut. RO
dinaikkan untuk tiap karakter yang dibaca dan ditampilkan oleh mode
pengalamatan Autoincrement yang digunakan dalam instruksi Compare.
Move #LOC,RO Initialize pointer register RO to point to
the address of the first location in
memory where the characters are to be
stored.
READ TestBit
Branch=0
MoveByte
#3,INSTATUS
READ
DATAIN,(RO)
Wait for a character to be entered in the
keyboard buffer DATAIN.
Transfer the character from DATAIN.
into the memory (this clears SIN to 0).
ECHO TestBit
Branch=0
MoveByte
Compare
Branch≠0
#3,OUTSTATUS
ECHO
(RO),DATAOUT
#CR,(RO)+
READ
Wait for the display to become ready.
Move the character just read to the display
buffer register (this clears SOUT to 0).
Check if the character just read is CR
(carriage return). If it is not CR, then
branch back and read another character.
Also, increment the pointer to store the next
character.
Gambar 8.4. Program yang membaca sebaris karakter dan menampilkannya
Programcontrolled
IO memerlukan keterlibatan kontinyu prosesor dalam
aktifitas l/0. Hampir semua waktu eksekusi untuk program dalam Gambar 8.4
dihitung dalam dua wait loop, pada saat prosesor menunggu karakter yang akan
ditekan atau menunggu display tersedia. Sangat diinginkan untuk menghindari
terbuangnya waktu eksekusi prosesor pada situasi ini. Teknik I/O yang lain, berdasar
pada penggunaan interrupt, dapat digunakan untuk meningkatkan utilisasi prosesor.
8.5. STACK DAN QUEU
Program komputer seringkali memerlukan subtask tertentu yang menggunakan
struktur subroutine yang umum. Untuk mengatur hubungan kontrol dan infonnasi
antara program utama dan subrotine, maka digunakan suatu struktur data yang disebut
stack. Bagian ini akan mendeskripsikan stack, dan struktur data yang berhubungan
erat dengannya yang disebut queu.
Data yang dikenai operasi oleh suatu program dapat diatur dengan berbagai
cara. Kita telah menangani struktur data sebagai list. Sekarang, kita membahas
struktur data penting yang dikenal sebagai stack. Stack adalah list element data,
biasanya word atau byte, dengan batasan akses yaitu elemen hanya dapat ditambahkan
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
14
atau dihapus pada satu ujung list. Ujung ini disebut puncak stack, dan ujung yang lain
disebut dasar. Struktur tersebut terkadang disebut sebagai pushdown stack.
Bayangkan tumpukan baki di kafetaria; konsumen mengambil baki baru dari puncak
tumpukan, dan baki bersih ditambahkan ke tumpukan tersebut dengan meletakkannya
di puncak tumpukan. Frase lain yang deskriptif, stack lastinfirstout
(LIFO), juga
digunakan untuk mendeskripsikan tipe mekanisme penyimpanan ini; item data
terakhir yang diletakkan pada stack tersebut adalah yang pertama kali diambil pada
saat pengambilan dimulai. Istilah push dan pop masingmasing
digunakan untuk
mendeskripsikan peletakkan item baru pada stack dan pemindahkan item paling atas
dari stack.
Data yang disimpan dalam memori komputer dapat diatur sebagai stack, dengan
elemen yang berurutan memiliki lokasi memori yang berurutan. Asumsikanlah
elemen pertama diletakkan pada lokasi BOTTOM, dan pada saat elemen baru dipush
ke stack, maka akan ditempatkan pada urutan lokasi alamat yang lebih rendah. Kita
menggunakan stack yang berkembang pada arah alamat memori berkurang dalam
diskusi kita, karena ini adalah praktek yang umum.
Gambar 8.5 menunjukkan stack item data word dalam memori komputer. Stack
tersebut berisi nilai numerik, dengan 43 pada dasar dan 28
pada puncak. Register
prosesor digunakan untuk mencatat alamat elemen stack yang berada di puncak pada
tiap waktu. Register ini disebut stack pointer (SP). Register tersebut dapat berupa
salah satu dari generalpurpose
register atau register yang didedikasikan untuk fungsi
ini. Jika kita mengasumsikan suatu memori byteaddressable dengan word length 32bit,
maka operasi push dapat diimplementasikan sebagai berikut
Subtract #4, SP
Move NEWITEM, (SP)
dimana instruksi Subtract mengurangi source operand 4 dari destination operand yang
terdapat dalam SP dan meletakkan hasilnya dalam SP. Dua instruksi ini memindahkan
word dari lokasi NEWITEM ke puttcak stack, menurunkan stack pointer sebesar 4
sebelum pemindahan. Operasi pop dapat diimplementasikan sebagai berikut
Move (SP), ITEM
Add #4, SP
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
15
Dua instruksi tersebut memindahkan nilai puncak dari stack ke lokasi ITEM dan
kemudian menaikkan stack pointer sebesar 4 sehingga pointer tersebut menunjuk ke
elemen puncak yang baru. Gambar 8.6 menunjukkan efek tiap operasi tersebut pada
stack dalam Gambar 8.5.
Gambar 8.5 Stack word dalam memori.
Jika prosesor memiliki mode pengalamatan Autodecrement dan Autoincrement,
maka operasi push dapat dilakukan dengan instruksi tunggal
Move NEWITEM, (
SP)
dan operasi pop dapat dilakukan sebagai berikut
Move (SP)+, ITEM
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
16
19
739
.
.
.
43
19
SP
28
17
NEWITEM
Stack
739
.
.
.
43
19
SP
28
17
ITEM
(a) Setelah push dari NEWITEM (b) Setelah pop ke dalam ITEM
Gambar 8.6. Efek operasi stack yang terdapat pada gambar 8.5.
Pada saat suatu stack digunakan dalam program, maka biasanya
dialokasikan sejumlah ruang tertentu di dalam memori. Dalam hal ini, kita
sebaiknya tidak mempop
off item pada stack kosong, yang dapat mengakibatkan
kesalahan pemrograman. Misalkan suatu stack dijalankan dari lokasi 2000
(BOTTOM) turun hingga tidak lebih dari lokasi 1500. Stack pointer diload
pada
awalnnya dengan nilai alamat 2004. Ingatlah bahwa SP diturunkan sebesar 4
sebelum data baru disimpan pada stack. Karenanya, nilai awal 2004 berarti
bahwa item pertama yang dipush
ke dalam stack akan berada pada lokasi 2000.
Untuk mencegah pushing item pada full stack atau popping off item pada empty
stack, maka operasi push dan pop tunggal dapat digantikan dengan rangkaian
instruksi yang ditampilkan pada Gambar 2.23.
Instruksi Compare
Compare src, dst
menjalankan operasi
[dst] – [src]
dan menset
condition code flag msesuai dengan hasil tersebut. Tidak mengubah nilai
salah satu operand tersebut.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
17
SAFEPOP Compare
Branch>0
Move
#2000,SP
EMPTYERR
OR
(SP)+,ITEM
Check to see if the stack pointer
contains an address value
greater than 2000. If it does, the
stack is empty. Branch to the
routine EMPTYERROR for
appropriate action.
Otherwise, pop the top of the
stack into memory location
ITEM.
(a) Routine untuk operasi safe pop
SAFEPUSH Compare
Branch < 0
Move
#1500, SP
FULLERROR
NEWITEM, (
SP)
Check to see if the stack pointer
contains an address value equal to
or less than 1500. If it does, the
stack is full. Branc to the routin
FULLERROR for appropriate
action
Otherwise, push the element in
memory location NEWITEM on
to the stack
(b) Routine untuk operasi safe push
Gambar 8.7. Mengecek kesalahan empty dan full pada operasi pop dan push
Struktur data lain yang mirip dengan stack disebut queu. Data disimpan clan
diarnbil dari queu pada basis firstinfirstout
(FIFO). Sehingga, jika kita
mengasumsikan bahwa queu berkembang dengan arah peningkatan alamat dalam
memori, yang merupakan praktek umum, data baru ditambahkan pada bagian
belakang (ujung beralamattinggi)
dan diambil dari bagian depan (ujung beralamatrendah)
dari queu.
Terdapat perbedaan yang umum antara bagaimana stack dan queu
diimplementasikan. Satu ujung dari stack tersebut tetap (bagian dasar), sedangkan
ujung yang lain naik dan turun pada saat data dipush
dan pop. Sebaliknya, kedua
ujung queu bergerak ke alamat yang lebih tinggi pada saat data ditambahkan pada
bagian belakang dan diambil dari bagian depan. Sehingga diperlukan dua pointer
untuk mcncatat dua aping queu.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
18
Perbedaan lain antara stack dan queu adalah,tanpa control lebih lanjut suatu
queu akan terus bergerak melalui memori kontputer ke arah alamat yang lebih tinggi.
Satu cara untuk membatasi queu pada wilayah tertentu dalam memori adalah dengan
menggunakan circular buffer. Marilah kita asumsikan hahwa alamat memori dari
BEGINNING ke END ditetapkan pada queu. Entri pertama pada queu dimasukkan ke
dalam lokasi BEGINNING, dan entri yang berurutan di ditambahkan ke queu dengan
memasukkannya pada alamatalamat
yang lebih tinggi secara berurutan. Pada saat
bagian belakang queu mencapai END, suatu ruang akan tercipta pada bagain awal
apabila beberapa item dihilangkan dari queu. Karenanya, back pointer direset
ke nilai
BEGINNING dan proses berlanjut. Sedangkan pada stack, diperlukan perhatian untuk
mendeteksi kapan daerah yang ditetapkan untuk struktur data tersebut sepenuhnya
lengkap atau sepenuhnya kosong.
8.6. SUBROUTINE
Pada suatu program, seringkali perlu untuk melakukan subtask tertentu
berulangkali pada nilai data yang berbeda. Subtask semacam itu biasanya disebut
subroutine. Misalnya, suatu subroutine dapat mengevaluasi fungsi sinus atau
mensortir suatu list nilai menjadi urutan meningkat atau menurun.
Sangat dimungkinkan untuk menyertakan blok instruksi yang terdiri dari
subroutine pada setiap tempat yang memerlukan program tersebut. Akan tetapi untuk
menghemat ruang, hanya satu copy dari instruksi yang merupakan subroutine
ditempatkan dalam memori, tiap program yang perlu menggunakan subroutine
tersebut hanya perlu branch ke lokasi mulainya. Pada saat sualu program branch ke
suatu subroutine kita katakan program tersebut memanggil subroutine. Instruksi yang
melakukan operasi branch ini disebut instruksi Call.
Setelah subroutine dieksekusi, calling program hams mcresume eksekusi,
melanjutkan dengan segera setelah instruksi yang memanggil subroutine tersebut.
Subroutine kembali ke program yang memanggilnya dengan mengeksekusi instruksi
Return. Karena subroutine dapat dipanggil dari tempat yang berbeda dalam calling
program, maka harus dibuat ketetapan untuk kembali ke lokasi yang sesuai. Lokasi
dimana calling program meresume eksekusi adalah lokasi yang ditunjuk oleh PC terupdate
pada saat instruksi Call sedang dieksekusi. Karenanya, isi PC harus disimpan
oleh instruksi Call tmtuk memungkinkan return yang tepat ke calling program.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
19
Cara computer memungkinkan call dan return dari subroutine disebut metode
linkage subroutine. Metode linkage subroutine yang paling sederhana adalah untuk
menyimpan return address dalam lokasi tertentu, yang dapat berupa suatu register
yang didedikasikan untuk fungsi ini. Register semacam itu disebut link register. Pada
saat subroutine menyelesaikan tugasnya, instruksi Return kembali ke calling program
dengan branching secara tidak langsung melalui link register.
Instruksi Call hanyalah instruksi branch khusus yang melakukan operasi berikut:
• Menyimpan isi PC dalam link register
• Branch ke alamat target yang ditetapkan oleh instruksi
Instruksi Return adalah instruksi branch khusus yang melakukan operasi
berikut:
• Branch ke alamat yang terdapat dalam link register
Gambar 8.8. mengilustrasikan prosedur ini.
Gambar 8.8. Linkage subroutine menggunakan register link.
8.7. SUBROUTINE NESTING DAN STACK PROSESOR
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
20
Praktek pemrograman umum, yang disebut subroutine nesting, adalah
menggunakan satu sub routine untuk memanggil subroutine lain. Dalam hat ini,
return address call yang kedua juga disimpan dalam link register, menghancurkan
isi sebelumnya. Karenanya, sangat penting untuk menyimpan isi link register
dalam lokasi lain sebelum memanggil subroutine lain. lika tidak return address
subroutine pertama akan hilang.
Subroutine nesting dapat dilakukan hingga kedalaman berapapun. Pada
akhirnya, subroutine terakhir dinyatakan menyelesaikan komputasinya dan
kembali ke subroutine yang memanggilnya. Return address yang diperlukan untuk
return pertama ini adalah yang terakhir yang dihasilkan dari rangkaian nested call.
Sehingga, return address dihasilkan dan digunakan dalam urutan lastinfirstout.
Hal ini menyatakan bahwa return address yang diasosiasikan dengan panggilan
subroutine sebaiknya dapat dipush
ke stack. Banyak prosesor menjalankan hal ini
secara otomatis sebagai salah satu operasi yang dilakukan oleh instruksi Call.
Register tertentu ditetapkan sebagai stack pointer, SP, untuk digunakan dalam
operasi ini. Stack pointer menunjuk ke suatu stack yang disebut stack prosesor.
Instruksi Call push isi PC ke stack prosessor dan meload
alamat subroutine ke
PC. Instruksi return pop return address dari stack prosessor ke dalam PC.
8.8. PARAMETER PASSING
Pada saat calling suatu subroutine, suatu program harus menyediakan
parameter ke subroutine, yaitu operand atau alamatnya, yang akan digunakan
dalam komputasi. Selanjutnya, subroutine mengembalikan parameter lain, dalam
hal ini, hasil komputasi tersebut. Pertukaran informasi antara calling program dan
subroutine disebut sebagai parameter passing. Parameter passing dapat dilakukan
dengan beberapa cara. Parameter tersebut dapat ditempatkan dalam register atau
dalam lokasi memori, sehingga dapat diakses oleh subroutine. Atau alternatif
lainnya, parameter tersebut dapat ditempatkan pada stack prosesor yang digunakan
untuk menyimpan return address.
Parameter passing melalui register prosesor adalah langsung dan efisien.
Gambar 8.9 menunjukkan bagaimana program yang digunakan untuk penambahan
sejumlah bilangan dapat diimplementasikan sebagai subroutine, dengan parameter
dilewatkan melalui register. Ukuran list tersebut, n, dimuat dalam lokasi memori
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
21
N, dan alamat NUM I dari bilangan pertama dilewatkan melalui register R 1 dan
R2. Jumlah yang dihitung oleh subroutine dilewatkan kembali ke calling program
melalui register R0. Empat instruksi pertama dalam Gambar 8.9 terdiri dari bagian
yang relevan dari calling program. Dua instruksi pertama meload n dan NUM 1 ke
dalam RI dan R2. Instruksi Call branch ke subroutine mulai dari lokasi LISTADD.
Instruksi ini juga push return address ke stack prosesor. Subroutine menghitung
jumlah dan meletakkannya dalam R0. Setelah operasi return dilakukan oleh
subroutine, maka jumlah disimpan dalam lokasi memori SUM oleh calling
program.
Calling program
Move
Move
Call
Move
N,Ri
#NUM1,R2
LIST ADD
RO,SUM
Rl serves as a counter.
R2 points to the list.
Call subroutine.
Save result.
.
.
.
Subroutine
LIST ADD Clear RO Initialize sum to 0.
LOOP Add (R2)+,RO Add entry from list.
Decrement Rl
Branch>0 LOOP
Return Return to calling program.
Program Gambar 8.9. ditulis sebagai subroutine; parameter dilewatkan melalui
register
Jika banyak parameter terlibat, maka mungkin jumlah generalpurpose
register
untuk melewatkannya ke subroutine tidak cukup. Sebaliknya dengan menggunakan
stack akan sangat fleksibel; stack dapat menangani sejumlah besar parameter. Contoh
berikut mengilustrasikan pendekatan ini. Gambar 8.10a menampilkan program ditulis
sebagai subroutine, LISTADD, yang dapat dipanggil oleh program lain untuk
menambahkan suatu list bilangan. Parameter yang dilewatkan ke subroutine ini adalah
alamat bilangan pertama dalam list dan bilangan entri. Subroutine melakukan
penambahan dan mengembalikan hasil yang telah terhitung. Parameter dipush
ke
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
22
stack prosesor yang ditunjuk oleh register SP Asumsikan bahwa sebelum subroutine
dipanggil, puncak stack berada pada level 1 pada Gambar 8.10b. Calling program
push alamat NUM 1 dan nilai n ke stack. Puncak stack sekarang berada pada level 2.
Subroutine menggunakan tiga register. Karena register tersebut dapat berisi data valid
yang merupakan bagian calling program, maka isinya harus disimpan dengan push ke
stack. Kita telah menggunakan instruksi tunggal, MoveMultiple, untuk menyimpan isi
register RO da R2 pada stack. Banyak prosesor memiliki instruksi semacam itu.
Puncak stack sekarang berada pada level 3. Subroutine mengakses parameter n dan
NUM 1 dari stack menggunakan pengalamatan terindex.
Perhatikanlah bahwa hal ini
tidak mengubah stack pointer karena item data valid masih berada di puncak stack.
Nilai n diload
ke dalam RI menggunakan nilai awal perhitungan, dan alamat NUMl
diload
ke R2, yang digunakan sebagai pointer untuk memindai entri list. Pada akhir
komputasi, register RO berisi jumlah tersebut. Sebelum subroutine tersebut kembali
ke calling program, isi RO diletakkan pada stack, menggantikan parameter NUMI,
yang tidak lagi diperlukan. Kemudian isi tiga register tersebut yang digunakan oleh
subroutine dipulihkan dari stack. Sekarang item puncak pada stack adalah return
address pada level 2. Setelah subroutine kembali, maka calling program menyimpan
hasilnya dalam lokasi SUM dan menurunkan puncak stack ke level awalnya dengan
menaikkan SP sebesar 8.
8.9. PARAMETER PASSING BY VALUE DAN BY REFERENCE
Perhatikanlah sifat dua parameter NUMl dan n, yang dilewatkan ke subroutine pada
Gambar 8.9 dan 8.10. Tujuan subroutine tersebut adalah menambahkan suatu list
bilangan. Bukannya melewatkan entri list sebenarnya, calling program melewatkan
alamat bilangan pertama dalam list. Teknik ini disebut passing by reference.
Parameter yang kedua passed by value, yaitu bilangan entri aktual, n, dilewatkan ke
subroutine.
8.10. STACK FRAME
Sekarang amatilah bagaimana stack digunakan dalam contoh pada Gambar 8.10.
Selama eksekusi subroutine, enam lokasi pada puncak stack berisi entri yang
diperlukan oleh subroutine tersebut. Lokasi ini merupakan ruang kerja privat untuk
subroutine, dibuat pada saat subroutine dimasuki dan dikosongkan pada saat
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
23
subroutine mengembalikan kontrol ke calling program. Ruang semacam itu disebut
stack frame. Jika subroutine memerlukan lebih banyak ruang untuk variabel mernori
lokal, maka dapat juga dialokasikan pada stack.
Assume top of stack is at level 1 below.
Move #NUMl,(
SP) Push parameters onto stack.
Move N,(
SP)
CaLL LIST ADD Call subroutine
(top of stack at Level 2).
Move 4(SP),SUM Save result.
Add #8,SP Restore top of stack
(top of stack at Level 1).
.
.
.
LIST ADD Mo ROR2,
(
SP) Save registers
(top of stack at Level 3).
Move 16(SP),R1 Initialize counter to n.
Move 20(SP),R2 Initialize pointer to the list.
Clear RO Initialize sum to 0.
LOOP Add (R2)+,RO Add entry from List.
Decrement R1
Branch>0 LOOP
Move R0,20(SP) Put result on the stack.
MoveMultiple (SP)+,ROR2
Restore registers.
Return Return to calling program.
(a) Calling program dan subroutine
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
24
[R0]
Return address
n
Level 2
[R2]
[R1]
(b) Puncak stack pada berbagai waktu
NUM1
Level 1
Level 3
Gambar 8.10. Parameter dilewatkan pada stack
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
25
Gambar 8.11. Contoh stack frame subroutine
Gambar 8.11 menampilkan suatu contoh layout yang biasa digunakan sebagai
informasi dalam suatu stack frame. Selain stack pointer, SP, perlu juga untuk
memiliki register pointer lainnya, yang disebut frame pointer (FP), untuk akses mudah
ke parameter yang dilewatkan ke subroutine dan ke variabel memori lokal yang
digunakan oleh subroutine. Variabel lokal tersebut hanya digunakan dalam
subroutine, sehingga tepat untuk mengalokasikan ruang dalam stack frame yang
diasosiasikan dengan subroutine tersebut. Pada Gambar tersebut, kita mengasumsikan
bahwa empat parameter dilewatkan ke subroutine, tiga variabel lokal digunakan
dalam subroutine, dan register RO dan RI perlu disimpan karena juga akan digunakan
dalam subroutine.
Dengan register FP menunjuk ke lokasi tepat di atas return address yang
disimpan, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 8.11, kita dapat dengan mudah
mengakses parameter dan variabel lokal dengan menggunakan mode pengalamatan
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
26
Index. Parameter dapat diakses dengan menggunakan alamat 8(FP), 12(FP), ...
Variabel lokal dapat diakses menggunakan alamat 4(
FP), 8(
FP), ...Isi FP tetap
selama eksekusi subroutine, berbeda dengan stack pointer, SP, yang harus selalu
menunjuk ke elemen teratas pada stack saat ini.
Sekarang marilah kita membahas bagaimana pointer SP dan FP dimanipulasi
pada saat stack frame dibuat, digunakan, dan dibongkar untuk pemanggilan
subroutine tersebut. Kita mulai dengan mengasumsikan bahwa SP menunjuk ke
elemen topofthestack
(TOS) lama pada Gambar 8.11. Sebelum subroutine
dipanggil, calling program mendorong empat parameter tersebut ke stack. Instruksi
stack kemudian dieksekusi, hasilnya adalah return address didorong ke stack.
Sekarang SP menunjuk ke return address ini, dan instruksi pertama dari subroutine
tersebut dieksekusi. Ini adalah titik dimana frame pointer FP diset
untuk mengisikan
alamat memori yang sesuai. Karena SP biasanya merupakan generalpurpose
register,
maka register tersebut dapat berisi informasi penggunaan calling program. Oleh
karena itu, isinya disimpan dengan push ke dalam stack. Karena SP sekarang
menunjuk ke posisi ini, maka isinya dicopy
ke dalam FP.
Sehingga, dua instruksi pertama yang dieksekusi dalam subroutine adalah
Move FP, (
SP)
Move SP, FP
Setelah instruksi tersebut dieksekusi, SP dan FP menunjuk ke isi FP yang
disimpan. Ruang untuk tiga variabel lokal tersebut sekarang dialokasikan pada stack
dengan mengeksekusi instruksi
Subtract #12, SP
Akhirnya, isi register prosesor RO dan Rl disimpan dengan push ke stack. Pada
titik ini, stack frame telah diset
up sebagaimana yang ditampilkan pada Gambar
tersebut.
Subroutine sekarang mengeksekusi tugasnya. Pada saat tugas tersebut selesai,
subroutine pop nilai RI dan RO kembali ke register tersebut, memindahkan variabel
lokal dari stack frame dengan mengeksekusi instruksi sebagai berikut
Add #12, SP
dan pop nilai FP lama yang tersimpan kembali ke FE Pada titik ini, SP
menunjuk ke return address, sehingga instruksi return dapat dieksekusi, mentransfer
kontrol kembali ke calling program.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Kementerian Nasional
27
Calling program bertanggungjawab untuk memindahkan parameter dari stack
frame, yang beberapa diantaranya mungkin merupakan hasil'yang dikembalikan oleh
subroutine. Stack pointer sekarang menunjuk ke TOS lama, dan kita kembali ke
tempat kita mulai.
8.11. STACK FRAME UNTUK NESTED SUBROUTINE
Stack adalah struktur data yang sesuai untuk menyimpan return address pada
saat subroutine nested. Jelas bahwa stack frame lengkap untuk nested subroutine
dibuat pada stack prosesor pada saat dipanggil. Dalam hal ini, perhatikanlah bahwa isi
FP yang tersimpan dalam frame terbaru pada puncak stack adalah isi frame pointer
untuk stack frame subroutine yang memanggil subroutine terbaru.
Suatu contoh program utama yang memanggil subroutine pertama SUB I,
kemudian memanggil subroutine kedua SUB2, ditampilkan pada Gambar 8.12. Stack
frame yang berhubungan dengan dua nested subroutine ini ditampilkan pada Gambar
8.13. Semua parameter yang terlibat dalam contoh ini dilewatkan ke stack. Gambar
tersebut hanya menampilkan aliran kontrol dan data diantara tiga program tersebut.
Komputasi yang sebenarnya tidak ditampilkan.
Aliran eksekusinya adalah sebagai berikut. Program utama push dua parameter
param2 dan paraml ke stack dalam susunan tersebut dan kemudian memanggil SUB
1. Subroutine pertama ini bertanggung jawab untuk menghitung jawaban tunggal dan
melewatkannya kembali ke program utama pada stack. Selama rangkaian komputasi,
SUB 1 memanggil subroutine kedua SUB2, untuk menjalankan beberapa subtugas.
SUB I melewatkan parameter tunggal param3 ke SUB2 dan mendapatkan suatu hasil
yang dilewatkan kembali padanya. Setelah SUB2 mengeksekusi instruksi Returnnya,
maka hasil ini disimpan dalam register R2 oleh SUBI. SUB1 kemudian melanjutkan
komputasinya dan pada akhirnya melewatkan jawaban yang diminta kembali ke
program utama pada stack. Pada saat SUB 1 mengeksekusi returnnya
ke program
utama, maka program utama menyimpan jawaban ini dalam lokasi memori RESULT
dan melanjutkan komputasinya pada “instruksi berikutnya.”
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
28
Memory Location Instructions Comments
Main program
.
.
.
2000 Move PARAM2,(
SP) Place parameters on stack.
2004 Move PARAMI,(
SP)
2008 Call SUB1
2012 Move (SP),RESULT Store result.
2016 Add #8,SP Restore stack level.
2020 next instruction
.
.
.
First subroutine
2100 SUB1 Move FP,(
SP) Save frame pointer register.
2104 Move SP,(
SP) Load the frame pointer.
2108 Move Multiple ROR3,
(
SP) Save registers.
2112 Move 8(FP),RO Get first parameter.
Move 12(FP),Rl Get second parameter.
.
.
.
Move PARAM3,(
SP) Place a parameter on stack.
2160 Call SU82
2164 Move (SP)+,R2 Pop SUB2 result into R2.
.
.
.
Move R3,8(FP) Place answer on stack.
Move Multiple (SP)+,ROR3
Restore registers.
Move (SP)+,FP Restore frame pointer register.
Return Return to Main program.
Second subroutine
3000 SUB2 Move FP,(
SP) Save frame pointer register.
Move SP,FP Load the frame pointer.
Move Multiple RORl,
(
SP) Save registers RO and R1.
Move 8(FP),RO Get the parameter.
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Departemen Pendidikan Nasional
29
.
.
.
Move R1,8(FP) Place SUB2 result on stack.
Move Multiple (SP)+,ROR3
Restore registers RO and Rl.
Move (SP)+,FP Restore frame pointer register.
Return Return to Subroutine 1.
Gambar 8.12. Nested Subroutine
[FP] from SUB1
2164
param3
[R1] from SUB1
[R0] from SUB1
[R3] from Main
[R2] from Main
[R1] from Main
2012
[FP] from Main
[R0] from Main
param1
FP
TOS lama
param2
FP Stack frame untuk
subroutine kedua
Stack frame untuk
subroutine pertama
Gambar 8.13. Stack frame untuk gambar 8.12.
Komentar pada Gambar 8.12 menyediakan detil bagaimana pengaturan aliran
eksekusi ini. Aksi pertama yang dilakukan oleh tiap subroutine adalah menset
frame
pointer, setelah menyimpan isi sebelumnya ke stack, dan menyimpan register lain
yang diperlukan. SUBI menggunakan empat register, RO hingga R3, dan SUB2
Modul 8
D3 TKJ (Teknik Komputer dan Jaringan)
Universitas Pendidikan Ganesha
Departemen Kementrian Nasional
30
menggunakan dua register, RO dan RI. Register dan frame pointer dipulihkan tepat
sebelum return dieksekusi.
Mode pengalamatan Index yang melibatkan register frame pointer FP digunakan
untuk meload
parameter dari stack dan menempatkanjawabannya kembali ke stack.
Byte offset yang digunakan dalam operasi ini selalu 8, 12, ..., sebagaimana telah
dibahas untuk general stack frame pada Gambar 8.11. Akhirnya, perhatikanlah bahwa
routine calling bertanggung jawab untuk memindahkan parameter dari stack. Hal ini
dilakukan oleh instruksi Add dalam program utama, dan oleh instruksi Move pada
lokasi 2164 dalam SUB 1.
Label: Opik
0 Komentar:
Posting Komentar
Berlangganan Posting Komentar [Atom]
<< Beranda