BAB I

PENDAHULUAN

I. SEJARAH MIKROPROSESOR

Mikroprosesor adalah sebuah chip (IC) yang bekerja dengan program. Fungsi Mikroprosesor adalah

sebagai pengontrol atau pengolah utama dalam suatu rangkaian elektronik. Mikroprosesor biasa disebut

juga CPU (Central Processing Unit). Cara kerja sebuah Mikroprosesor diarahkan oleh suatu program dalam

kode-kode bahasa mesin yang telah dimasukkan terlebih dahulu ke dalam sebuah memori. Di dalam

Mikroprosesor minimal terdiri dari rangkaian digital, register, pengolah logika aritmatika,

rangkaiansekuensial. Iklan pertama untuk mikroprosesor muncul di Electronic News. Federico Faggin, Ted

Hoff, dan timnya di Intel Corporation mendesain mikroprosesor 4004 ketika membuat sebuah IC pesanan

untuk Busicom, sebuah perusahaan kalkulator Jepang. Mikroprosesor 4004 mempunyai 2.250 transistor

PMOS, menangani data 4 bit, dan dapat mengeksekusi 60 ribu operasi per detik. Mikroprosesor 4004 ini

adalah salah satu dari seri IC untuk komponen kalkulator tersebut memori ROM 2.048 bit

memori RAM 320 bit register geser I/O 10 bit.

I.1. Perkembangan Jenis Teknologi Mikroprosesor

Berbagai jenis teknologi telah dipergunakan dalam pengembangan komponen mikroelektronika,

khususnya mikroprosessor. Teknologi Rangkaian Terintegrasi yang telah dipergunakan sampai waktu ini

sebagai berikut :

• Teknologi Bipolar

• Teknologi MOS (Metal Oxide Semiconductor)

• CTD (Change transfer Devis)

• Magnetic Bubbles

Dalam pembuatan mikroprosessor dikenal beberapa macam teknologi yang masing-masing mempunyai

karakteristik teknik tertentu. Pada tabel 1-1 diperlihatkan pembagian teknologi mikroprosessor beserta

beberapa contohnya.

Tabel 1.1 Jenis Teknologi Mikroprosesor

Setiap bahan yang digunakan dalam proses pembuatan mikroprosesor akan mempengaruhi dari

kinerja sistem mikroprosesor tersebut. Sehingga baik dan buruk kinerja sebuah mikroprosesor akan sangat

tergantu dari jenis teknologi bahan yang digunakan dalam pembuatan transistor yang akan ditanamkan

kedalam mikroprosesor. Kinerja mikroprosesor akan dikatakan baik jika mempunyai speed yang tinggi,

pemakaian daya rendah dan density yang tinggi. Tabel 2 memperlihatkan karakteristik dari setiap jenis

teknologi bahan yang digunakan pada mikroprosesor.

Tabel 1.2 Perbandingan Karakteristik Jenis Teknologi yang digunakan

Teknologi PMOS adalah teknologi yang paling murah dan merupakan teknologi yang dipergunakan

pada mikroprosessor pertama yaitu Intel 4004 pada tahun 1971, namun demikian banyak hal telah

digantikan oleh teknologi NMOS. Pada waktu ini teknologi MOS kanal N adalah yang paling banyak

dipergunakan dalam pembuatan mikroprosessor. Dalam hal faktor kecepatan operasi dan atau kebutuhan

daya memegang peranan penting maka perlu diperhatikan jenis teknologi lainnya. Mikroprosessor dengan

teknologi bipolar jenis ECL atau Schottky mempunyai kecepatan paling tinggi. Untuk keperluan daya paling

rendah dapat kita pilih mikroprosessor dengan teknologi CMOS(Complementary Metal Oxide

Semiconductor). Mirkoprosessor dengan teknologi bipolar jenis I2L dapat bekerja dengan tegangan sumber

paling rendah dibandingkan dengan mikroprosessor jenis yang lain. Mikroprosessor jenis I2L ini dapat

bekerja dengan daya rendah bila kecepatan operasi bukan merupakan faktor menentukan. Mikroprosessor

dengan teknologi CMOS yang mempergunakan sub-strat bahan isolator saphir (yaitu jenis CMOS – SOS)

dapat bekerja dengan kecepatan operasi tinggi dan eperluan daya rendah, tetapi harnya sangat mahal.

Disamping harga, tiga macam karakteristik teknik yang paling penting adalah Kecepatan operasi (Speed),

Daya yang diperlukan (Power Consumption) Kepadatan komponen perbandingan karakteristik beberapa

jenis mikroprosessor dengan teknologi yang berbeda.

I.2. Perkembangan Jenis Mikroprosesor

Mikroprosessor dapat dikelompokkan menurut teknologi yang dipergunakan, menurut jumlah bit

data, menurut struktur atau menurut kemampuan/karakteristik mikroprosessor dan menurut fungsi dari

mikroprosessor itu sendiri. Berdasarkan jumlah bit data (Word Size) pada waktu ini telah terdapat banyak

macam mirkoprosessor, mulai dari mikroprosessor 1 bit, 4bit, 8 bit. 16 bit, 32 bit dan 64 bit. Perkembangan

mikroprosesor dari tahun ke tahun mengalami perubahan yang sangat cepat, perkembangan mikroprosesor

berdasarkan tahun pembuatan adalah sebagai berikut :

1. Tahun 1946 : Komputer modern pertama dibuat di University of Pennsylvania USA yang disebut

ENIAC (Electronics Numerical Integrator and Calculator. ENIAC terdiri dari 17.000 tabung hampa,

500 mil kabel, berat > 30 ton, dapat menjalankan 100.000 operasi per detik, diprogram dengan

mengatur jalur kabel pada rangkaiannya.

2. Tahun 1948 Transistor pertama dibuat di Bell Labs, USA.

3. Tahun 1958 : IC (Integrated Circuit) pertama dibuat oleh Jack Kilby dari Texas Instrument, USA.

4. Penemuan IC ini mendorong pengembangan IC Digital (1960), dan mikroprosesor pertama oleh Intel

(1971). Mikroprosesor pertama di dunia adalah Intel 4004 merupakan prosesor 4-bit, Kebanyakan

Kalkulator masih berbasis mikroprosesor 4-bit.

5. Tahun 1971 : Intel mengeluarkan mikroprosesor 8-bit yaitu Intel 8008.

6. Tahun 1973 : Intel memperkenalkan mikroprosesor 8-bit modern pertama Intel 8080 (10x lebih cepat

dari 8008), dan diikuti Motorola MC6800.

7. Tahun 1977 : Intel memperkenalkan 8085 yang merupakan mikroprosesor 8-bit terakhir yang dibuat

Intel dengan frekuensi clock dan kecepatan lebih tinggi.

8. Perusahaan lain yang mampu menyaingi Intel 8085 adalah Zilog Corporation dengan Z80.

9. Tahun 1978 : Intel mengeluarkan mikroprosesor 16-bit yaitu 8086, setahun kemudian mengeluarkan

8088 dengan kecepatan eksekusi dan memori lebih besar dari 8085, serta mulai digunakannya

cache memori (sistem antrian yang mengatur pemberian instruksi sebelum menjalankannya). Intel

8086/8088 disebut juga CISC (Complex Instruction Set Computer) karena jumlah dan kompleksitas

instruksinya.

10. Tahun 1981 : IBM membuat PC menggunakan mikroprosesor 8088 untuk menjalankan aplikasi

seperti spreadsheet dan pengolah kata.

11. Tahun 1983 : Intel mengeluarkan mikroprosesor 16-bit 80286, dengan kemampuan memori 16 MB.

12. Tahun. 1986 : Intel mengeluarkan mikroprosesor 32-bit pertama 80386, dengan kemampuan

memori 4 GB.

13. Tahun 1989 : Intel mengeluarkan mikroprosesor 32-bit 80486, dengan kemampuan memori 4 GB +

8K Cache.

14. Tahun 1993 : Intel memperkenalkan mikroprosesor 32-bit Pentium I, Th. 1997 Pentium II, kemudian

berturut-turut Pentium III dan Pentium 4 pada Th. 2000, dimana mulai digunakan teknologi memori

RAMBUS menggantikan teknologi SDRAM.

Tabel dibawah ini menunjukan perkembangan mikroprosesor intel berdasarkan jumlah transistor yang

dipakai serta kemampuan frekuensi clock dan lebar data.

Tabel 1.3. Perkembangan Mikroprosesor Intel

Nama

Prosesor

Tahun Jumlah

Transistor

Micron Clock Speed Lebar Data MIPS

8080 1974 6000 6 2 MHz 8 bit 0,64

8088 1979 29.000 3 5 MHz 16 bit 0,33

80286 1982 134.000 1,5 6 MHz 16 bit 1

80386 1985 275.000 1,5 16 MHz 32 bit 5

80486 1989 1.200.000 1 25 MHz 32 bit 20

Pentium 1993 3.100.000 0.8 60 MHz 32 bit 100

Pentium II 1997 7.500.000 0,35 233 MHz 32 bit 400

Pentium III 1999 9.500.000 0,25 450 MHz 32 bit 1.000

Keterangan Tabel :

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.

Gambar 1.1. Perkembangan Mikroprosesor intel berdasarkan ukuran

Sebuah mikroprosesor (disingkat µP atau uP) adalah sebuah central processing unit (CPU)

elektronik komputer yang terbuat dari transistor mini dan sirkuit lainnya di atas sebuah sirkuit terintegrasi

semikonduktor. Sebelum berkembangnya mikroprosesor, CPU elektronik terbuat dari sirkuit terintegrasi TTL

terpisah; sebelumnya, transistor individual; sebelumnya lagi, dari tabung vakum. Bahkan telah ada desain

untuk mesin komputer sederhana atas dasar bagian mekanik seperti gear, shaft, lever, Tinkertoy, dll. Evolusi

dari mikroprosesor telah diketahui mengikuti Hukum Moore yang merupakan peningkatan performa dari

tahun ke tahun. Teori ini merumuskan bahwa daya penghitungan akan berlipat ganda setiap 18 bulan,

sebuah proses yang benar terjadi sejak awal 1970-an; sebuah kejutan bagi orang-orang yang berhubungan.

Dari awal sebagai driver dalam kalkulator, perkembangan kekuatan telah menuju ke dominasi mikroprosesor

di berbagai jenis komputer; setiap sistem dari mainframe terbesar sampai ke komputer pegang terkecil

sekarang menggunakan mikroprosesor sebagai pusatnya. 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.

II. PENGERTIAN UMUM

Dalam mempelajari mikroprosesor banyak istilah – istilah yang harus dipahami, kerana istilah –

istilah tersebut akan selalu digunakan baik dalam mempelajari secara teroritis maupun secara praktikum.

1. Mikroprosesor

➢ Mikroprosesor adalah Central Processing Unit dari sebuah computer, tanpa memori, I/O unit, dan

peripheral yang dibutuhkan oleh suatu system lengkap. Sebagai contoh 8088 dan 80x86 adalah

suatu mikroprosessor yang membutuhkan perangkat pendukung berupa RAM, ROM dan I/O unit.

➢ Bila sebuah mikroprosesor dikombinasikan (CPU) dengan memori dan I/O unit dapat juga dilakukan

dalam level chip yang menghasilkan single chip mikrokomputer (SCM) untuk membedakannya

dengan mikrokomputer. Untuk selanjutnya karena fungsinya SCM dapat disebut mikrokontroller.

➢ Mikrokontroler jika di terjemahkan secara harfiah berarti pengendali yang berukuran mikro. Sekilas

mikrokontroler hampir sama degan mikroprosesor. Namun mikrokontroler memiliki banyak

komponen yang terintegrasi didalamnya, misalnya timer/counter. Sedangkan pada mikroprosesor,

komponen tersebut tidak terintegrasi. Mikroprosesor umumnya kita jumpai pada komputer dimana

tugas dari mikroprosesor adalah untuk memproses berbagai macam data input maupun output dari

berbagai sumber. Mikrokontroler lebih sesuai untuk

➢ tugas-tugas yang lebih spesifik.

2. CPU (Central Prossesing Unit)

➢ Unit Pengelola pusat (CPU) terdiri atas dua bagian, yaitu unit pengendali (Control Unit) serta

aritmatika dan logika (ALU). Fungsi utama unit pengendali adalah mengambil, mengkode, dan

melaksanakan urutan intruksi sebuah program yang tersimpan dalam memori. Unit pengendali

mengatur urutan operasi seluruh system. Unit juga menghasilkan dan mengatur sinyal pengendali

yang diperlukan untuk menyerempakkan operasi, juga aliran dan intruksi program.

➢ Unit Pengontrol mengendalikan aliran informasi pada bus data dan bus alamat, dilanjutkan dengan

menafsirkan dan mengatur sinyal yang terdapat pada bus pengendali. Unit aritmatika dan logika

melaksanakan pengelohan data secara aritmatika (aljabar) dan secara logika (fungsi OR, NOT,

AND, dan XOR).

Gambar 1.2. Balok Diagram CPU

3. Bus Alamat

➢ Apabila suatu alat dihubungkan dengan mikrokontroller tersebut, maka harus ditetapkan terlebih

dahulu alamat (address) dari alat tersebut. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya dua lata

yang berkerja bersamaan yang mungkin dapat menyebabkan kesalahan/keruskan.

➢ Alat penyimpan data (memori), baik RAM maupun ROM, juga mempunyai alamat tersendiri, RAM 8

Kbyte memiliki 8 x 1024 alamat, dimana setiap alamat dapat di isi data 1byte.

4. Bus Data

➢ CPU mikrokontroller AT89S51 adalah prosesor 8 bit, lebar Bus data AT89S51 adalah 8 bit sehingga

memerlukan 8 pin (D0...D7). Akan tetapi, karena jumlah pin mikrokontroller terbatas, pin data ini

tidak dapat dikeluarkan, hanya didalam chip. Bus data internal terhubung ke alat (dunia luar) melalui

port I/O.

➢ Pin untuk bus data dimultipleks dengan alamat A0...A7 pada port 0. karena itu port 0 seringkali

ditulis sebagai AD0...AD7. setiap bit data memiliki bobot masing- masing, tergantung pada letaknya.

Sebagai contoh untuk data 8 bit adalah :

Data D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

Bobot Hexa

80 40 20 10 08 04 02 01

➢ Karena menggunakan bus data yang lebarnya 8 bit, lebar bus data 8 bit juga digunakan oleh alat-

alat lain seperti EPROM, RAM, ADC, PIO dan lain-lain.

5. Bus Kontrol

➢ Selain bus alamat dan bus data, mikroprossesor/mikrontroller dilengkapi juga dengan bus

pengendali (bus control). Guna pengendali ini adalah untuk menyerempakkan operasi

mikroprossesor/mikrokontroler dengan operasi rangkain luar.

➢ Pada mikrokontroller MCS`51 terdapat beberapa pin yang berguna untuk mengendalikan system,

diantaranya adalah ALE, PSEN, WR, RD, Interupt dan lain-lain. Setelah mikrokontroller mengirim

alamat (A0...A7) ke penahan alamat (latch 74LS373), penahan pengendali ALE akan dibuat tinggi

agar alamat tersebut ditahan. Setelah itu pin PSEN akan rendah untuk dapat membaca

EPROM, karena alamat (A0...A7) sudah ditahan oleh latch, port 0 sekarang dapat digunakan untuk

memasukan data dari EPROM ke mirkokontroller

6. Memori

➢ Suatu sistem mikroprossesor/mikrokontroller maupun komputer memerlukan memori untuk tempat

menyimpan program/data. Pada mikroprossesor/mikrokontroler ,tempat menyimpan program/data

adalah pada ROM/EPROM. Sedangkan pada PC (computer) program disimpan dalam disket atau

hardisk.

➢ Ada beberapa tingkatan memori, diantaranya adalah register internal, memori utama, dan memori

massal, register internal adalah memori di dalam ALU. Waktu akses register sangat cepat umumnya

kurang dari 100ns. Memori utama adalah memori suatu system. Ukurannya berkisar antara 4 Kbyte

sampai 64Kbyte. Waktu akses lebih lambat dibandingkan register internal, yaitu antara 200 sampai

1000ns. Memori massal dipakai untuk menyimpan berkapasitas tinggi, biasanya berbentuk disket,

pita magnetic, atauk kaset.

7. RAM

➢ RAM (Random Acces Memory) adalah memori yang dapat dibaca atau ditulis. Data dalam RAM

akan terhapus (bersifat Volatile) bila catu daya dimatikan. Oleh karena sifat RAM yang volalite ini,

maka program mikroprossesor/mikrokontroler tidak tersimpan dalam RAM. RAM hanya digunakan

untuk menyimpan data sementara, yaitu data yang tidak begitu vital bila hilang akibat aliran daya

terputus.

➢ Ada dua teknologi yang dipakai untuk membuat RAM, yaitu RAM static dan RAM dinamik. Dalam

RAM static, satu bit infromasi disimpan dalam sebuah flip-flop. RAM static tidak memerlukan

penyegar dan penangannanya tidak terlalu rumit. Isi dari RAM tetap tersimpan selama daya

diberikan. Dua contoh RAM static adalah 6116 dan 6264 yang masing-masing berkapasitas 2 kb

dan 8 kb.

➢ RAM dinamik menyimpan bit informasi sebagai muatan. Sel memori elemeter dibuat dari kapasitansi

gerbang substrat transistor MOS. Keuntungan RAM dinamik adalah sel-sel memori lebih kecil

sehingga memerlukan tempat yang lebih sempit, sehingga RAM dinamik menjadi lebih kecil

dibandingkan dengan RAM static. Contoh RAM dinamik adalah 4116 yang berkapasitas

16384 x 1 bit.

➢ Kerugian menggunakan RAM dinamik adalah bertambahnya kerumitan pada papan memori, karena

diperlukan rangkaian untuk proses penyegaran (refresh). Proses penyegaran untuk kapasitor ini

dilakukan setiap 1 atau 2 mili detik.

8. ROM

➢ ROM (Read Only Memory) merupakan memori yang hanya dapat dibaca. Data dalam ROM tidak

akan terhapus meskipun catu daya diputuskan (bersifat nonvolalite) karena sifatnya yang demikian,

ROM digunakan untuk menyimpan program.

➢ Ada beberapa tipe ROM, diantaranya adalah ROM, PROM, EPROM, dan EEPROM, ROM adalah

memori yang sudah deprogram oleh pabrik, PROM (Programable Read Only Memori) dapat

diprogram oleh pemakai, tetapi hanya sekali program saja atau yang disebut OTP (One Time

Programmable), alternative lain adalah menggunakan EPROM (Eraseable Programmable

Read Only Memory), yaitu PROM yang dapat diprogram ulang. Isi EPROM dihapus dengan

menggunakan sinar Ultra Violet. Isi EPROM setelah dihapus akan berlogika 1. pemograman

EPROM adalah mengubah logika 1 menjadi 0. EEPROM (Electrical Eraseable Programmable

Read Only Memory) yaitu PROM yang dapat diprogram ulang. Isi program dihapus menggunakan

suatu tegangan listrik.

9. Input/Output

➢ Untuk melakukan hubungan dengan peranti diluar sistem, dibutuhkan alat I/O (input/output). Sesuai

dengan namanya, alat I/O dapat menerima data dari mikroprosessor/mikrokontroller.

➢ Ada dua macam perantara I/O yang dipakai, yaitu peranti untuk hubungan serial (UART) dan piranti

untuk hubungan parallel (PIO). Pada mikrokontroller MCS`51 kedua macam I/O tersebut sudah

tersedia didalamnya.

➢ UART adalah perantara serial universal. UART (Universal Asynchronous receiver transmitter) yang

merupakan pengirim penerima tak serempak universal. Kerja UART adalah mengubah masukan

parallel menjadi keluaran serial. UART adalah mengubah masukan serial menjadi keluaran parallel

dan mengubah masukan parallel menjadi serial.

➢ PIO (Paralel Input Output) merupakan perantara untuk hubungan data dalam format parallel. PIO

adalah alat yang dapat deprogram dan menyediakan perantara masukan dan keluaran dasar untuk

data parallel 8 bit.