PENDAHULUAN
■
Setiap
komputer yang kita gunakan didalamnya pasti terdapat mikroprosesor.
Mikroprosesor, dikenal juga dengan sebutan Central Processing Unit (CPU)
artinya unit pengolahan pusat.
■
CPU adalah
pusat dari proses perhitungan dan pengolahan data yang terbuat dari sebuah
lempengan yang disebut "chip“.
■
Chip sering
disebut juga dengan "Integrated Circuit (IC)", bentuknya kecil,
terbuat dari lempengan silikon dan bisa terdiridari 10 juta transistor.
■
Mikroprosesor
pertama adalah intel 4004 yang dikenalkan tahun1971, tetapi kegunaan
mikroprosesor ini masih sangat terbatas, hanya dapat digunakan untuk operasi
penambahan dan pengurangan.
■
Mikroprosesor
pertama yang digunakan untuk komputer di rumah adalah intel 8080, merupakan
komputer 8 bit dalam satu chip yang diperkenalkan pada tahun 1974.
■
Tahun 1979
diperkenalkan mikroprosesor baru yaitu 8088. Mikroprosesor 8088 mengalami
perkembangan menjadi 80286, berkembang lagi menjadi 80486, kemudian menjadi
Pentium, dari Pentium I sampai dengan sekarang, Pentium IV.
I. PERKEMBANGAN MIKROPROSESOR
Setiap komputer yang kita gunakan didalamnya pasti terdapat
mikroprosesor. Mikroprosesor, dikenal juga dengan sebutan Central Processing
Unit (CPU) artinya unit pengolahan pusat. CPU adalah pusat dari proses
perhitungan dan pengolahan data yang terbuat dari sebuah lempengan yang disebut
"chip". Chip sering disebut juga dengan "Integrated Circuit
(IC)", bentuknya kecil, terbuat dari lempengan silikon dan bisa terdiri
dari 10 juta transistor. Mikroprosesor pertama adalah intel 4004 yang
dikenalkan tahun 1971, tetapi kegunaan mikroprosesor ini masih sangat terbatas,
hanya dapat digunakan untuk operasi penambahan dan pengurangan. Mikroprosesor
pertama yang digunakan untuk komputer di rumah adalah intel 8080, merupakan
komputer 8 bit dalam satu chip yang diperkenalkan pada tahun 1974. Tahun 1979
diperkenalkan mikroprosesor baru yaitu 8088. Mikroprosesor 8088 mengalami
perkembangan menjadi 80286, berkembang lagi menjadi 80486, kemudian menjadi
Pentium, dari Pentium I sampai dengan sekarang, Pentium IV. Untuk lebih
lengkapnya, bisa melihat gambar dan tabel di bawah ini :
1. Transistor berbentuk
seperti tabung yang sangat kecil, terdapat pada Chip.
2. Micron adalah ukuran
dalam Micron (10 pangkat -6), merupakan kabel terkecil dalam Chip.
3. Clock Speed = kecepatan
maksimal sebuah prosesor.
4. Data width = lebar dari
Arithmatic Logic Unit (ALU) / Unit pengelola aritmatika, untuk proses
pengurangan, pembagian, perkalian dan sebagainya.
5. MIPS = Millions of
Instructions Per Second / Jutaan perintah per detik.
II. KARAKTERISTIK MIKROPROSESOR
Berikut adalah
karakteristik penting dari mikroprosesor :
1. Ukuran bus data internal (internal data bus size):
Jumlah saluran yang terdapat dalam mikroprosesor yang menyatakan jumlah bit
yang dapat ditransfer antar komponen di dalam mikroprosesor.
2. Ukuran bus data eksternal (external data bus
size): Jumlah saluran yang digunakan untuk transfer data antar komponen antara
mikroprosesor dan komponen-komponen di luar mikroprosesor.
3. Ukuran alamat memori (memory address size): Jumlah
alamat memori yang dapat dialamati oleh mikroprosesor secara langsung.
4. Kecepatan clock (clock speed): Rate atau kecepatan
clock untuk menuntun kerja mikroprosesor.
5. Fitur-fitur spesial (special features): Fitur
khusus untuk mendukung aplikasi tertentu seperti fasilitas pemrosesan floating
point, multimedia dan sebagainya.
III. DASAR MIKROPROSESOR DAN
MIKROKONTROLER
Munculnya terminologi komputer sebenarnya berawal dari kebutuhan akan
suatu alat yang dapat dijalankan secara otomatis, memiliki kemampuan untuk
mengerjakan hal yang diinginkan. Perkembangan teknologi semikonduktor, dengan
diawali penemuan transistor, telah membawa kepada kemajuan teknologi
elektronika sampai saat ini Komputer
Bagian fungsional utama sebuah komputer adalah Central Processing
Unit/Unit Pemroses Utama, Memori dan Sistem Input-Output. Disebut bagian
fungsional karena ketiga komponen inilah yang membentuk sebuah komputer dengan
fungsinya masing-masing. Lebih jauh mengenai fungsi ketiganya akan diterangkan
pada bab berikutnya
Central Processing Unit/Unit
Pemroses Utama
Mikroprosesor
Mikroprosesor adalah sebuah CPU yang dibangun dalam sebuah single chip
semiconductor.
Mikroprosesor terdiri dari kalkulator yang terbagi dalam register dan
ALU dan sebuah pengkode serta unit pengontrol.
Dalam hubungan kerja dengan pulsa pembangkit berkala, (yaitu sebagai
unit terpisah atau sebagai komponen yang terpadu dalam mikroprosesor) unit
pengontrol menjamin urutan yang tepat dan urutan yang logis dari siklus yang
berlangsung di dalam mikroprosesor, ditinjau dari sistem keseluruhannya
Dalam tinjauan praktis dan aplikasi yang umum contoh dari sebuah
mikroprosesor adalah
mikroprosesor 8080, 8086, prosesor intel 386, 486, pentium 100 Mhz,
sampai dengan generasi terbaru, AMD, prosesor Motorola, prosesor Texas
Instrument
Mikrokontroler
Sebuah mikroprosesor yang digabungkan dengan I/O dan memori (RAM/ROM)
akan membentuk sebuah sistem mikrokomputer. Terilhami dengan CPU yang dapat
dikonstruksi dalam sebuah single chip semiconductor, maka sebuah mikroprosesor,
I/O dan memori dapat pula dibangun dalam level chip. Konstruksi ini
menghasilkan Single Chip Microcomputer (SCM). SCM inilah yang disebut sebagai
mikrokontroler
Mungkin akan timbul pertanyaan, apakah perbedaan antara mikrokomputer
dengan mikrokontroler? Selain arsitekturnya, mikrokontroler jika dibandingkan
dengan mikrokomputer seperti IBM PC adalah penggunaan I/O interface dan media
penyimpanan yang berbeda. Dalam IBM PC media penyimpanan biasa menggunakan
disket, maka pada mikrokontroler menggunakan EPROM sebagai media penyimpanan
Sedangkan perbedaan antara mikroprosesor dengan mikrokontroler sudah
jelas. Dalam mikrokontroler, RAM serta I/O interface sudah masuk di dalamnya.
Ini merupakan satu keuntungan lebih dari mikrokontroler.
Dalam Hal penggunaannya, sistem mikrokontroler lebih banyak dipakai
pada aplikasi yang deterministik, artinya sistem ini dipakai untuk keperluan
yang tertentu saja misalkan sebagai pengontrol PID pada instrumentasi industri,
pengontrol komunikasi data pada sistem control terdistribusi.
IV.
ARSITEKTUR MIKROKOMPUTER
Sistem Komputer
Sistem Komputer yang kita ketahui dalam keseharian adalah yang terdapat
pada PC. Suatu sistem komputer bekerja dengan ditandai adanya interaksi antara
komputer dan peripheral (hadware-nya) dengan program dan sistem operasi
(softwarenya).
Komputer (CPU) adalah “otak” dari sistem tersebut sedangkan peripheral
menghubungkan “otak” tersebut dengan dunia luar. Kerja suatu sistem komputer
dioperasikan oleh system operasi dan program.
Suatu sistem komputer terdiri atas tiga bagian utama:
1. CPU (Central Processing Unit)
CPU terdiri atas dua bagian yaitu:
CU (Control Unit) :
Ini adalah unit pengendali. Fungsi utama unit pengendali (CU) adalah
mengambil, mengkode, dan melaksanakan instruksi sebuah program yang tersimpan
dalam memori. Unit pengendali mengatur urutan operasi seluruh sistem. Unit ini
juga menghasilkan dan mengatur sinyal pengendali yang diperlukan untuk
menyerempakkan operasi, juga aliran dan instruksi program.
ALU (Arithmetic Logic Unit):
Unit ini berfungsi melaksanakan operasi aritmatik serta operasi-operasi
logika.
2. Memory Unit (Unit
Penyimpan)
Unit-unit ini mengandung program-program yang bersangkutan dan data
yang sedang diolah.
3. I/O (Unit Pengontrol Masukan dan Pengeluaran)
Unit ini melakukan hubungan dengan peripheral.
Sistem Mikrokomputer
Bila sebuah komputer dibangun dalam sebuah PCB tunggal maka disebut
minikomputer. Dan sebuah CPU yang dipakai dalam sebuah chip semikonduktor
disebut mikroprosessor. Mikrokomputer sendiri adalah sebuah komputer yang
dikonstruksi dari sebuah mikroprosesor dengan ditambahkan unit memori serta
sistem I/O. Sistem mikrokomputer sama dengan yang terdapat pada sistem
komputer. Untuk menanggulangi berbagai macam kerja yang harus dilakukan,
biasanya diberikan “logika tambahan” atau rangkaian logika lain misalnya
tri-state buffer, buffer, decoder, multiplexer.
Ciri utama sistem mikrokomputer : hubungan yang berbentuk “bus”.
(Istilah bus diambil dari bahasa latin omnibus
yang berarti kepada/untuk semua). Bus menunjukkan hubungan antara
komponen-komponen secara elektris. Bus meneruskan data, alamat-alamat (address)
atau sinyal pengontrol.
Bagian-Bagian Sistem Mikrokomputer
Di atas telah dijelaskan susunan sistem mikrokomputer. Sistem
mikrokomputer terdiri dari bagian-bagian yang berfungsi sama penting.
1. CPU/Mikroprosesor
Mikroprosesor berfungsi sebagai unit pengolah utama (CPU). Unit ini
terdiri dari sebuah kalkulator dan unit pengontrol (CU). Unit kalkulator dari
mikroprosesor terdiri dari register atau daftar (sebuah memori sementara yang
cepat dan kecil), ALU, register status (menunjukkan keadaan sesaat dari
perhitungan) dan sebuah pengkode.
2. Memori
a. RAM (Random Access Memory)
RAM adalah unit memori yang dapat dibaca dan/atau ditulisi. Data dalam
RAM bersifat volatile (akan hilang bila power mati). RAM hanya digunakan untuk
menyimpan data sementara, yaitu data yang tidak begitu penting (tidak masalah
bila hilang akibat aliran daya listrik terputus). Ada dua macam RAM yaitu RAM
statik dan RAM dinamik. RAM statik
adalah flipflop yang terdiri dari komponen seperti resistor, transistor, dioda
dan sebagainya. Setiap 1 bit informasi tersimpan hingga sel “dialamatkan” dan
“ditulis-hapuskan”. Keuntungan dari RAM statik adalah akses atau jalan masuk
yang bebas ke setiap tempat penyimpanan yang diinginkan, dan karena itu
kecepatan masuk ke dalam memori terhitung relatif tinggi. RAM dinamik menyimpan
bit informasi sebagai muatan. Sel memori elementer dibuat dari kapasistansi
gerbang-substrat transistor MOS. Keuntungan RAM dinamik adalah sel-sel memori
yang lebih kecil sehingga memerlukan tempat yang sempit, sehingga kapasistas
RAM dinamik menjadi lebih besar dibanding RAM statik. Kerugiannya adalah bertambahnya
kerumitan pada papan memori, karena diperlukannya rangkaian untuk proses
penyegaran (refresh). Proses penyegaran untuk kapasitor ini dilakukan setiap 1
atau 2 mili detik.
b. ROM (Read Only Memory)
ROM merupakan memori yang hanya dapat dibaca. Data tidak akan terhapus
meskipun aliran listrik terputus (non-volatile). Karena sifatnya,
program-program disimpan dalam ROM.
Beberapa tipe ROM:
■
ROM Murni :
yaitu ROM yang sudah diprogram oleh pabrik atau dapat juga program yang diminta
untuk diprogramkan ke ROM oleh pabrik.
■
PROM
(Programmable Random Access Memory) : ROM jenis ini dapat diprogram sendiri
akan tetapi hanya sekali pakai (tidak dapat diprogram ulang).
■
EPROM
(Erasable Programmable Random Access Memory) : yaitu jenis ROM yang dapat diprogram
dan diprogram ulang.
c. Input/Output (I/O)
Piranti Input/Output (I/O interface) dibutuhkan untuk menghubungkan
piranti di luar sistem. I/O dapat menerima/memberi data dari/ke mikroprosesor.
Untuk menghubungkan antara I/O interface dengan mikroprosesor dibutuhkan
piranti address. Dua macam I/O interface yang dipakai yaitu: serial dan
paralel. Piranti serial (UART/universal asynchronous receiver- transmitter)
merupakan pengirim-penerima tunggal (tak serempak). UART mengubah masukan
serial menjadi keluaran paralel dan mengubah masukan paralel menjadi keluaran
serial. PIO (paralel input output) merupakan pengirim-penerima serempak. PIO
dapat diprogram dan menyediakan perantara masukan dan keluaran dasar untuk data
paralel 8 bit.
Sistem Bus
Bus menghubungkan semua komponen dalam unit mikrokomputer. Ada tiga
tipe bus yaitu:
■
Data Bus
(bus-D) : bus dengan delapan penghantar, data dapat diteruskan dalam arah
bolak- balik (lebar data 8 bit) yaitu dari mikroprosesor ke unit memori atau
modul I/O dan sebaliknya.
■
Control Bus
(bus-C) : meneruskan sinyal-sinyal yang mengatur masa aktif modul mikrokomputer
yang sesuai dengan yang diinginkan menurut kondisi kerja.
■
Address Bus
(bus-A) : meneruskan data alamat (misal alamat 16 bit), dari penyimpan atau
dari saluran masukan/keluaran yang diaktifkan pada saat tertentu.
Hubungan dalam masing-masing bus berupa kabel paralel 8 bit (jalur)
maupum 16 bit (jalur).
V. DIRECT MEMORY ADDRESS
Definisi : DMA adalah sebuah prosesor khusus (special purpose
processor) yang berguna untuk menghindari pembebanan CPU utama oleh program I/O
(PIO).
Operation DMA transfer
TRANSFER DMA
■
Untuk memulai
sebuah transfer DMA, host akan menuliskan sebuah DMA command block yang berisi
pointer yang menunjuk ke sumber transfer, pointer yang menunjuk ke tujuan/
destinasi transfer, dan jumlah byte yang ditransfer, ke memori. CPU kemudian
menuliskan alamat command block ini ke DMA controller, sehingga DMA controller
dapat kemudian mengoperasikan bus memori secara langsung dengan menempatkan
alamat-alamat pada bus tersebut untuk melakukan transfer tanpa bantuan CPU.
Tiga langkah dalam transfer DMA:
■
Prosesor
menyiapkan DMA transfer dengan menyedia kan data-data dari device, operasi yang
akan ditampilkan, alamat memori yang menjadi sumber dan tujuan data, dan banyaknya
byte yang di transfer.
■
DMA
controller memulai operasi (menyiapkan bus, menyediakan alamat, menulis dan
membaca data), sampai seluruh blok sudah di transfer.
■
DMA
controller meng-interupsi prosesor, dimana selanjutnya akan ditentukan tindakan
berikutnya.
METODE DMA
■
Pada
dasarnya, DMA mempunyai dua metode yang berbeda dalam mentransfer data. Metode
yang pertama adalah metode yang sangat baku dan simple disebut HALT, atau Burst
Mode DMA, karena DMA controller memegang kontrol dari sistem bus dan mentransfer
semua blok data ke atau dari memori pada single burst. Selagi transfer masih
dalam progres, sistem mikroprosessor di-set idle, tidak melakukan instruksi
operasi untuk menjaga internal register. Tipe operasi DMA seperti ini ada pada
kebanyakan komputer.
■
Metode yang
kedua, mengikut-sertakan DMA controller untuk memegang kontrol dari sistem bus
untuk jangka waktu yang lebih pendek pada periode dimana mikroprosessor sibuk
dengan operasi internal dan tidak membutuhkan akses ke sistem bus. Metode DMA
ini disebut cycle stealing mode. Cycle stealing DMA lebih kompleks untuk
diimplementasikan dibandingkan HALT DMA, karena DMA controller harus mempunyai
kepintaran untuk merasakan waktu pada saat sistem bus terbuka.
Cara umum yang digunakan untuk mengklasifikasikan mikroprosesor adalah dengan klasifikasi atas dasar jumlah bit kerja dari ALU, jumlah bit addres bus atau jumlah bit address.
Mikroprosesor yang pertama kali ditemukan adalah seri 4004 yang diproduksi tahun 1971. Tersusun dari 2300 transistor PMOS dengan data 4 bit digunakan sebagai CPU pada kalkulator.
Para insinyur pada saat itu telah memprediksikan bahwa mikroprosesor akan menggantikan hampir semua peralatan kombinasional atau sekuensial. Karena fungsinya yang sangat fleksibel hanya dengan merubah program tanpa meredesign hardware.
Kemudian pada tahun 1972 intel melahirkan bayi mikroprosesor kedua yang diberi nama 8008 dengan 8 bit data. Lalu pada tahun 1974 Intel memperkenalkan 8080 dengan instruksi jauh lebih banyak. 8080 disebut sebagai mikroprosesor generasi dua.
Segera setelah Intel memproduksi 8080, Motorola mengeluarkan MC 6800 dengan 8 bit data.
Disamping juga Zilog mengeluarkan mikroprosesor Z-80 CPU.
Arah pengembangan mikroprosesor juga pada sistim kendali. Piranti ini digunakan sebagai alat kendali mesin yang "Smart" semacam oven microwave, Mesin Cuci, Mesin jahit, sistem pengapian. Peralatan mikroprosesor semacam ini disebut Mikrokontroler" Intel mengeluarkan 8051, Motorolla mengeluarkan MC 6801.
Arah perkembangan mikroprosesor yang ke tiga adalah CPU untuk keperluan umum atau dalam bahasa asing disebut general-purpose CPU yang digunakan pada komputer semacam PC.
Setelah Intel memproduksi 8085 dan Motorolla memproduksi MC6800, Motorolla kemudian memproduksi MC6809 dengan instruksi 16 bit.
Kemudian pada tahun 1978 Intel mengeluarkan 8086 dengan pengolahan data 16 bit full.
Banyak mikroprosesor 16 bit kemudian bermunculan seperti Texas Instrumen mengeluarkan seri 9900. Segera setelah Intel mengeluarkan 8086, Motorola mengeluarkan 68000 dengan kemampuan 16 bit dan dapat mengalamati jutaan byte memori.
Evolusi berjalan terus ke mikroprosesor 32 bit yang bekerja dengan kemampuan giga byte atau tera byte memori.
Contoh mikroprosesornya adalah 80386, Motorolla MC68020
8086 adalah mikroprosesor 16 bit yang digunakan sebagai CPU pada komputer mikro dengan seri XT. Terminologi 16 bit artinya Aritmetik Logic Unit, Internal Register, dan kebanyakan instruksinya dirancang bekerja dengan 16-bit binary word.
8086 memiliki 16 bit data bus, sehingga ia dapat membaca data dari dan menulis data ke memori dan port masing-masing 16 bit atau 8 bit pada satu satuan waktu.
8086 memiliki addres bus 20 bit sehingga dapat mengalamati memori sebanyak 220 atau 1.048.576 lokasi memori.
Intel 8088 memiliki ALU yang sama, dan register yang sama, dan juga instruction set yang sama dengan 8086. Bedanya 8088 memiliki data bus hanya 8 bit sehingga 8088 hanya dapat mengakses data 8 bit dari memori atau port. Untuk membaca 16 bit word 8088 harus melakukannya dalam dua kali proses.
Intel 80186 merupakan pengembangan dari 8086 dan 8088. Tambahan yang ada pada 80186 atau 80188 masing-masing memiliki piranti peripheralterprogram terintegrasi.
Intel 80286 adalah advanced versi dari 8086 khusus dirancang sebagai CPU multiuser atau Multitasking Microcomputer, 80286 digunakan sebagai CPU pada IBM PC/AT.
