Sistem Komputer: Perspektif Seorang Pemrogram (Edisi Global): Kontrak ISA dan Status Arsitektur

The Arsitektur Set Instruksi (ISA) berfungsi sebagai tingkat abstraksi dasar tingkat abstraksi dan merupakan kontrak formal antara perangkat lunak dan perangkat keras. Meskipun bahasa tingkat tinggi seperti C menyembunyikan kompleksitas, ISA mengungkapkan status arsitektur—konfigurasi presisi dari register dan memori prosesor.

1. Status Arsitektur

CPU x86-64 mendefinisikan statusnya melalui beberapa komponen utama:

Penghitung Program (%rip): Menyimpan alamat instruksi berikutnya.
File Register Bilangan Bulat: 16 register umum (misalnya, %rax, %rbx) yang menyimpan nilai 64-bit.
Kode Kondisi: Bendera (ZF, SF, CF, OF) untuk alur kontrol.
Register Vektor: Seperti register YMM (256 bit) untuk operasi SIMD.

2. Abstraksi Memori

Kode mesin melihat memori sebagai array yang dapat diindeks byte. Meskipun x86-64 mendukung alamat virtual 64-bit, implementasi saat ini sering menggunakan ruang alamat 48-bit ($2^{48}$ byte). Kita mengelompokkan ukuran data sebagai Kata (16-bit), Kata ganda (32-bit), dan Kata kuad (64-bit).

3. Evolusi dan Kompatibilitas

Didorong oleh Hukum Moore, Intel telah berkembang dari 8086 ke Core i7 Haswell. ISA menjamin kompatibilitas mundur, memungkinkan kode mesin lama berjalan pada perangkat keras modern dengan banyak core dan threading hiper.

TERMINALbash — 80x24

> Ready. Click "Run" to execute.

QUESTION 1

Practice Problem 2.52: Convert Format A bits 0 011 000 (Sign:1, Exp:3, Frac:3) to the closest value in Format B (Sign:1, Exp:2, Frac:4). Use round-to-even.

0 01 0000

0 10 0000

0 11 1000

0 00 1111

✅ Correct!

In Format A (bias 3), 011 is exponent 0 ($2^0$), so value is 1.0. In Format B (bias 1), exponent 0 is represented by 01. 1.0 is 0 01 0000.

QUESTION 2

Which of the following assembly lines is valid for a 64-bit system?

movb %ebx, (%rax)

movq %rax, $0x123

movl %eax, (%rsp)

movw %cl, %ax

✅ Correct!

movl %eax, (%rsp) is valid; it moves a 32-bit double word into memory. Others fail due to size mismatches (ebx is 32-bit, movb is 8-bit) or trying to move into an immediate value.

QUESTION 3

If a processor requires 25 cycles for predictable branches and 45 cycles for random branches, what is the Branch Misprediction Penalty ($T_{MP}$)?

20 cycles

40 cycles

10 cycles

65 cycles

QUESTION 4

In the 'Guarded-Do' transformation of a while loop, what happens first?

The loop body executes once unconditionally.

An initial conditional branch checks if the loop should be skipped entirely.

The loop is converted into a switch statement.

The compiler uses a jump-to-middle strategy.

QUESTION 5

What is the primary function of the leaq instruction when not accessing memory?

To perform fast arithmetic like x + k*y.

To clear the condition code registers.

To move data between XMM registers.

To sign-extend a byte to a quad word.

✅ Correct!

leaq (Load Effective Address) uses address-computation hardware to perform additions and shifts without referencing memory.