tsk205 kuliah1 pengantar v21

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 1 / 26

Pengantar Sistem Digital

Eko Didik Widianto

Sistem Komputer - Universitas Diponegoro

Bahasan

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 2 / 26

Pengantar PerkuliahanDeskripsi KuliahTata Tertib KuliahSistem EvaluasiBuku Acuan/ReferensiTujuan dan SasaranRencana PerkuliahanPendekatanKomputer TTL

Sistem DigitalSistem DigitalPerangkat DigitalRangkaian TerintegrasiKompleksitas RangkaianMetodologi DesainPendekatan DesainTradisional vs CADTipe Chip Digital

Pengantar Perkuliahan

Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah

• Tata Tertib Kuliah

• Sistem Evaluasi

• Buku Acuan/Referensi

• Tujuan dan Sasaran

• Rencana Perkuliahan

• Pendekatan

• Komputer TTL

Sistem Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 3 / 26

Deskripsi Kuliah

Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah

• Tata Tertib Kuliah

• Sistem Evaluasi

• Buku Acuan/Referensi

• Tujuan dan Sasaran

• Rencana Perkuliahan

• Pendekatan

• Komputer TTL

Sistem Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 4 / 26

Kredit: 2 SKS Kuliah, 1 SKS PraktikumMetode pengajaran: tatap muka (2 x 50 menit), presentasi materi, tanyajawabWaktu: ±14 Minggu

Dasar-dasar sistem digital: konsep, aljabar Boolean, analisisdan sintesis rangkaian logika, rangkaian logika optimal,teknologi implementasi dengan CMOS dan PLD,representasi bilangan dan operasi aritmetika, blokrangkaian kombinasional, rangkaian sekuensial: latch,flip-flop, register dan counter, serta desain rangkaiansekuensial sinkron/FSM: model Moore dan Mealy.Teknologi implementasi diarahkan menggunakan chipstandar TTL dan CMOS. Kuliah TSK205 ini menjadilandasan untuk mata kuliah lanjut, seperti TSK305 (TeknikMikroprosesor), TSK307 (Organisasi Komputer), TSK505(Sistem Digital Lanjut) dan TSK507 (Sistem Embedded).

Tata Tertib Kuliah

Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah

• Tata Tertib Kuliah

• Sistem Evaluasi

• Buku Acuan/Referensi

• Tujuan dan Sasaran

• Rencana Perkuliahan

• Pendekatan

• Komputer TTL

Sistem Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 5 / 26

Berlaku bagi Dosen dan Mahasiswa

• Dosen dan mahasiswa diharapkan hadir pada waktunya. Tidak adasangsi keterlambatan.

• Kehadiran minimal 80% (12 / 14 pertemuan) untuk pemrosesan nilai

• Ketentuan lain?

Sistem Evaluasi

Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah

• Tata Tertib Kuliah

• Sistem Evaluasi

• Buku Acuan/Referensi

• Tujuan dan Sasaran

• Rencana Perkuliahan

• Pendekatan

• Komputer TTL

Sistem Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 6 / 26

Evaluasi:

No Evaluasi Bobot1 Tugas Harian 20%2 Kuis 20%3 Ujian Tengah Semester 30%4 Ujian Akhir Semester 30%

Penilaian Akhir:

AA ≥ 80 A 4.067 ≤ AA < 80 B 3.055 ≤ AA < 67 C 2.041 ≤ AA < 55 D 1.0

AA < 41 E 0.0 (Tidak Lulus)

Buku Acuan/Referensi

Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah

• Tata Tertib Kuliah

• Sistem Evaluasi

• Buku Acuan/Referensi

• Tujuan dan Sasaran

• Rencana Perkuliahan

• Pendekatan

• Komputer TTL

Sistem Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 7 / 26

1. Peter J. Ashenden, Digital Design: An Embedded SystemsApproach Using Verilog/VHDL, Morgan Kaufmann, 2008

2. Stephen Brown and Zvonko Vranesic, Fundamentals of Digital Logicwith Verilog/VHDL, 2nd Edition, McGraw-Hill, 2005

3. Sumber lain: paper ilmiah, website project

Tujuan Kuliah

Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah

• Tata Tertib Kuliah

• Sistem Evaluasi

• Buku Acuan/Referensi

• Tujuan dan Sasaran

• Rencana Perkuliahan

• Pendekatan

• Komputer TTL

Sistem Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 8 / 26

• Materi kuliah berisi konsep, desain, implementasi dan aplikasisistem digital

• Terdiri atas 7 bagian:

1. Pengenalan sistem digital dan metodologi desain

2. Rangkaian logika: konsep, aljabar Boolean, analisis, sintesis danminimisasi rangkaian

3. Teknologi implementasi: CMOS dan tinjauan praktis, teknologi chip

4. Representasi bilangan dan rangkaian aritmetika: unsigned, signed,fixed-point, floating point, operasi aritmetika dan desain rangkaian

5. Blok rangkaian kombinasional

6. Rangkaian sekuensial: elemen dasar latch dan flip-flop, register,pencacah, SRAM

7. Desain rangkaian sekuensial sinkron: finite state machine/FSM,model Moore dan Mealy

Sasaran

Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah

• Tata Tertib Kuliah

• Sistem Evaluasi

• Buku Acuan/Referensi

• Tujuan dan Sasaran

• Rencana Perkuliahan

• Pendekatan

• Komputer TTL

Sistem Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 9 / 26

Hasil yang Diharapkan dari Perkuliahan

• Secara umum sasaran kuliah adalah mahasiswa mampu

◦ mengerti konsep

◦ merancang dan menganalisis

◦ mengimplementasikan

◦ mengaplikasikan menggunakan teknologi TTL/CMOS

◦ mengkomunikasikan solusi desain sistem digital dengan jelas,runut dan tepat baik tertulis maupun lisan

• Sasaran kuliah dijabarkan di tiap materi pertemuan

Rencana Acara Perkuliahan (14 Pertemuan)

Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah

• Tata Tertib Kuliah

• Sistem Evaluasi

• Buku Acuan/Referensi

• Tujuan dan Sasaran

• Rencana Perkuliahan

• Pendekatan

• Komputer TTL

Sistem Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 10 / 26

Detail: http://didik.blog.undip.ac.id/2011/03/01/tsk-205-sistem-komputer-2010/

1. Pengenalan sistem digital

2. Konsep rangkaian logika

3. Aljabar Boolean dan sintesis ekspresi logika

4. Minimisasi rangkaian menggunakan peta Karnaugh (K-Map) dan strateginya

5. Rangkaian multilevel, metode Quine-McKluskey/tabular

6. CMOS dan tinjauan praktis (asumsi dan disiplin yang harus dipenuhi)

7. Teknologi programmable logic devices/PLD

8. Bilangan unsigned, signed, operasi aritmetika

9. Desain rangkaian aritmetika

10. Blok rangkaian kombinasional

11. Elemen dasar rangkaian sekuensial: latch dan flip-flop

12. Register, counter dan SRAM

13. Desain rangkaian sekuensial sinkron: FSM, model Moore dan implementasiflip-flop

14. Model Mealy, minimisasi state

Pendekatan Materi Kuliah

Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah

• Tata Tertib Kuliah

• Sistem Evaluasi

• Buku Acuan/Referensi

• Tujuan dan Sasaran

• Rencana Perkuliahan

• Pendekatan

• Komputer TTL

Sistem Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 11 / 26

Bagaimana kaitannya dengan mata kuliah lain?

Aplikasi rancangan digital:

1. Menggunakan komponen chip standar TTL/CMOS

2. Menggunakan mikroprosesor/mikrokontroler

3. Menggunakan PLD

Motivasi: Operasional Komputer

Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah

• Tata Tertib Kuliah

• Sistem Evaluasi

• Buku Acuan/Referensi

• Tujuan dan Sasaran

• Rencana Perkuliahan

• Pendekatan

• Komputer TTL

Sistem Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 12 / 26

Homebrew Computer: hanya menggunakan TTL, tanpa mikroprosesor

1. Yunten Labs: http://www.yuntenlabs.com/csalab.htm

2. Andrew: Mark 1 FORTH Computer(http://www.holmea.demon.co.uk/Mk1/Architecture.htm)

Sistem Digital

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 13 / 26

Sistem Digital

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 14 / 26

• Sistem digital mengacu pada rangkaian elektronik yangmenghadirkan informasi dalam bentuk diskrit

◦ informasi diwujudkan hanya menggunakan 2 level tegangan

◦ level tegangan mewakili nilai kebenaran (benar/salah)

◦ analisis dalam bentuk rangkaian logika

◦ menambah kehandalan dan akurasi

Representasi diskrit sinyal audio analog

Perangkat Digital

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 15 / 26

• Rangkaian logika digunakan untuk membangun komputer danperangkat digital lainnya

• Revolusi digital dimulai awal tahun 1970-an:

◦ Rangkaian terintegrasi (IC, Integrated Circuit)

◦ Transistor lebih kecil

◦ Densitas chip lebih besar (LSI, Large Scale Integration:puluhan ribu transistor)

• Baca lebih lanjut: http://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit

Rangkaian Terintegrasi

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 16 / 26

• Rangkaian terintegrasi difabrikasi di atas wafer silikon

• Wafer dipotong dan dikemas untuk membuat satu chip

• Chip tersusun atas puluhan hingga milyaran transistor

Atmel SoC: Diopsis 740

Kompleksitas Rangkaian Digital

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 17 / 26

(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Transistor_Count_and_Moore%27s_Law_-_2008.svg)

Kompleksitas Rangkaian Digital

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 18 / 26

• Lebih banyak transistor memberikan fungsional yang lebih besar,namun membuat proses desain lebih kompleks

◦ Intel memproduksi mikroprosesor 22nm di tahun 2011 (prosesnano)

◦ Mikroprosesor mencapai 15 milyar transistor di tahun 2015(http://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law)

• Teknik desain berbasis komputer (CAD, computer-aided design)diperlukan

Metodologi Pengembangan Sistem

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 19 / 26

• Desain didefinisikan sebagai proses sistematik untuk membangunrangkaian yang memenuhi kebutuhan yang ditentukan dan tetapmemperhatikan batasan (constraint) dalam hal biaya, performansi,konsumsi daya, ukuran, berat dan sifat lainnya

• Bagaimana membangun sistem yang kompleks? dengan abstraksi

◦ Mengidentifikasi aspek yang penting untuk dikerjakan, danmenyembunyikan detail dari aspek lain

◦ Dengan membuat asumsi dan mengikuti disiplin agar asumsivalid

• Abstraksi digital hanya mengijinkan 2 level tegangandalam rangkaian: transistor on (tersambung sempurna)atau transistor off (terputus)

• Asumsi: transistor tersambung atau terputus seketika

• Disiplin: meregulasi switching (on/off) agar terjadi dalaminterval waktu yang telah didefinisikan (periode clock)

Metodologi Pengembangan Sistem (2)

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 20 / 26

• Metodologi pengembangan tipikal: pendekatan top-down

Pendekatan Desain

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 21 / 26

Tradisional

• Mendasarkan pada modelmatematik

• Pendekatan analitis

• Menyediakan pendalaman danpemahaman terhadap masalahdesain

• Bisa dilakukan untuk problemyang kecil.

◦ Problem besar (real)?

CAD

• Menggunakan perangkat bantusoftware CAD/EDA

• Software mengguankan modelmatematik dan pendekatananalitis

• Transparan terhadap pengguna,banyak detail diabstrakkan

• Diperlukan untuk menyelesaikan

problem real

Tradisional vs CAD

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 22 / 26

• Sebagian besar pekerjaan rekayasa digital dilakukan denganmenggunakan CAD

• Namun, pemahaman dasar dengan pendekatan tradisional masihdiperlukan

◦ Konseptual masih tradisional

◦ Penggunaan CAD yang efektif memerlukan pemahamantentang kerja perangkat tersebut

◦ Penggunaan opsi desain memerlukan pendalaman konsep

Chip Digital: Standar, PLD, Custom-designed

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 23 / 26

• Chip standar

◦ Berisi sejumlah kecil rangkaian (<100 transistor)

◦ Melakukan fungsi logika sederhana

◦ Contoh: IC seri 7400

• Programmable logic devices (PLD)

◦ Berisi kumpulan gerbang dengan interkoneksi terprogram

◦ Fungsi dikonfigurasi oleh desainer/pengguna

◦ Desain dilakukan dengan perangkat CAD: Xilinx, Altera

• Custom-designed (ASIC, Application Specific Integrated Circuit )

◦ Dioptimasi untuk keperlukan/tugas tertentu

◦ Performansi lebih baik

◦ Terdiri atas rangkaian logika dalam jumlah besar

◦ Biaya produksi tinggi: memerlukan produksi dalam jumlah besar untukmenekan biaya

IC Seri 7400: Teknologi BJT vs CMOS

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 24 / 26

• BJT (Bipolar Junction Transistor ), disebut juga TTL(transistor-transistor logic) -> kecepatan lebih tinggi

• CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor ) -> daya lebihrendah

• BiCMOS (Bipolar-CMOS)

Implementasi fungsi NAND dengan CMOS dan BJTSource: http://en.wikipedia.org/wiki/NAND_gate

Penutup

Pengantar Perkuliahan

Sistem Digital

• Sistem Digital

• Perangkat Digital

• Rangkaian Terintegrasi

• Kompleksitas Rangkaian

• Metodologi Desain

• Pendekatan Desain

• Tradisional vs CAD

• Tipe Chip Digital

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 25 / 26

• Rangkaian logika dalam sistem digital

• Revolusi digital berupa IC dengan kompleksitas mengikuti Moore

• Abstraksi dalam desain sistem digital yang kompleks

• Metodologi pengembangan sistem serta pendekatan desaintradisional dan CAD

• Tipe chip digital: standar, PLD dan ASIC

Tugas #1: Mengenal IC Seri 7400

@2011 eko didik widianto - siskom undip SK205 Sistem Digital – 26 / 26

• Bertujuan agar mahasiswa mulai mengenal IC logika standar (seri 7400).

• IC logika standar mempunyai skema nomor IC yang menunjukkan

◦ fungsi logika yang diwakilinya (misalnya 7404 berisi 6 buah gerbangNOT/inverter), teknologi yang digunakan (misalnya 74LS04 teknologi BJT,74HC04 CMOS) dan level tegangan. Referensi:http://en.wikipedia.org/wiki/7400_series

• Buat tabel yang berisi daftar IC seri 7400 mulai dari 7400 sampai 7499

◦ Format kolom: Nomor IC Fungsi logika 2 contoh dan teknologinya

• Ketentuan:

◦ Ditulis tangan

◦ Waktu: 2 minggu (Tenggat untuk kelas R1 18 Mar 2011, R2 14 Mar 2011)

◦ Dikumpulkan sebelum kuliah dimulai, Nilai 0 untuk tugas yang terlambat