mikroprosesor dan mikrokontroller · (rancang bangun) yang berhubungan dengan mikroprosesor dengan...

MIKROPROSESOR DAN MIKROKONTROLLER

(C3) KELAS XI

Program Keahlian Teknik Elektronika Industri

Penulis :

Abdian Putra Primana, S.Pd

PT. KUANTUM BUKU SEJAHTERA

MIKROPROSESOR DAN MIKROKONTROLLERSMK/MAK Kelas XI

Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 19 Tahun 2002 Tentang Hak Cipta Pasal 72 Ketentuan Pidana Sanksi Pelanggaran.1. Barang siapa dengan sengaja dan tanpa hak melakukan

perbuatan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 2 ayat (1) atau Pasal 49 ayat (1) dan ayat (2) dipidana dengan pidana masing-masing paling singkat 1 (satu) bulan dan/atau denda paling sedikit Rp1.000.000,00 (satu juta rupiah), atau pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak Rp5.000.000.000,00 (lima miliar rupiah).

2. Barang siapa dengan sengaja menyiarkan; memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkait sebagaimana dimaksud pada ayat (1) dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).

© Hak cipta dilindungi oleh undang-undang. Dilarang menyebarluaskan dalam bentuk apapun

tanpa izin tertulis

Tata letak buku ini menggunakan program Adobe InDesign CS3, Adobe IIustrator CS3, dan Adobe Photoshop CS3. Font isi menggunakan Myriad Pro (10 pt)B5 (17,6 × 25) cmvi + 168 halaman

Penulis : Abdian Putra Primana, S.PdEditor : Tim Quantum BookPerancang sampul : Tim Quantum BookPerancang letak isi : Tim Quantum BookPenata letak : Tim Quantum BookIlustrator : Tim Quantum BookTahun terbit : 2019ISBN : 978-623-7398-59-2Penerbit : PT. Kuantum Buku SejahteraAlamat : Jalan Pondok Blimbing Indah Selatan X N6 No 5 Malang - Jawa Timur

iii

Kata Pengantar

Kata Pengantar

Puji syukur ke hadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga buku

Teknik Pemrograman Mikroprosesor dan Mikrokontroller untuk Kelas XI Teknik Elektronika Industri menggunakan kurikulum 2013 edisi revisi telah diselesaikan dengan baik. Buku ini merupakan penyempurna dari edisi sebelumnya, yang diharapkan dapat menjadi buku panduan belajar dan praktik bagi siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) bidang keahlian Teknologi dan Rekayasa, Kompetensi Keahlian Teknik Elektronika, Program Keahlian Teknik Elektronika Industri.

Kurikulum 2013 mulai diterapkan secara bertahap pada tahun pelajaran 2013/2014. Menurut Permendikbud Nomor 70 Tahun 2013 tentang kerangka dasar dan struktur kurikulum Sekolah Menengah Kejuruan/Madrasah Aliyah Kejuruan, kurikulum 2013 dirancang dengan karakteristik mencakup aspek pengetahuan, keterampilan, dan sikap secara utuh. Keutuhan tersebut menjadi dasar dalam perumusan kompetensi dasar tiap mata pelajaran, sehingga kompetensi dasar kelompok sikap, kompetensi dasar kelompok pengetahuan, dan kompetensi dasar kelompok keterampilan. Semua mata pelajaran dirancang mengikuti rumusan yang sudah ada tersebut. Buku ajar Teknik Pemrograman Mikroprosesor dan Mikrokontroller kelas XI Program Keahlian Teknik Elektronika Industri ini tunduk pada ketentuan tersebut.

Terima kasih kepada semua pihak yang telah mendukung dan membantu terselesaikannya karya ini. Buku ini disusun dan dirancang dengan baik oleh praktisi dan akademisi yang bersinggungan langsung dengan proses belajar mengajar siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK). Harapannya, siswa lebih dimudahkan dan siap ditempatkan di tengah-tengah masyarakat dalam menerapkan ilmu hasil belajarnya selama ini.

Penyusun yakin bahwa dalam pembuatan buku ajar ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan buku ajar ini. Penyusun mengucapkan terima kasih banyak pada semua pihak yang terlibat dalam penyusunan buku ajar Teknik Pemrograman Mikroprosesor dan Mikrokontroller ini.

Penyusun

Abdian Putra Primana, S.Pd.

iv

Daftar Isi

Bab 1 Arsitektur Mikroprosesor ................................................................................. 1 A. Pengenalan Mikroprosesor ............................................................................................ 3 B. Penerapan Arsitektur Mikroprosesor ......................................................................... 6 C. Prinsip Kerja Sistem Minimum Mikroprosesor ........................................................ 9 D. Komponen Sistem Minimum Mikroprosesor .......................................................... 11 E. Blok Diagram Sistem Minimum Mikroprosesor ...................................................... 14 F. Memori ................................................................................................................................... 16 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 23

Bab 2 Instruksi-instruksi Mikroprosesor ................................................................... 27 A. Instruksi Transfer Data 8 Bit ............................................................................................ 29 B. Instruksi Transfer Data 16 Bit .......................................................................................... 30 C. Instruksi Pertukaran Data ................................................................................................ 31 D. Instruksi Pelacakan / Search Data ................................................................................ 33 E. Instruksi Aritmetika ........................................................................................................... 34 F. Instruksi Logika AND, OR, dan XOR .............................................................................. 34 G. Instruksi Putar dan Geser ................................................................................................. 35 H. Instruksi Manipulasi Bit .................................................................................................... 35 I. Instruksi Jump ..................................................................................................................... 36 J. Instruksi Call dan Return .................................................................................................. 37 K. Instruksi Restart .................................................................................................................. 39 L. Instruksi Input dan Output ............................................................................................. 40 M. Mode Pengalamatan Instruksi pada Mikroprosesor .............................................. 41 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 44

Bab 3 Bahasa Pemrograman Mikroprosesor ............................................................. 47 A. Pemrograman Mikroprosesor Z80 ............................................................................... 49 B. Analisa Masalah .................................................................................................................. 49 C. Pembuatan Flowchart ...................................................................................................... 50 D. Perancangan Program ..................................................................................................... 51 E. Penulisan Program ............................................................................................................ 51 F. Program Assembly ............................................................................................................ 51 G. Pengisian Program ............................................................................................................. 52 H. Pengujian dan Pemeriksaan Program ......................................................................... 52 I. Contoh-contoh Program ................................................................................................. 53 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 54

Bab 4 Aplikatif Sederhana Mikroprosesor ................................................................ 59 A. Aplikasi Dasar Operasi Aritmetik dan Logik ............................................................. 61 B. Perbandingan Instruksi Z80 dengan 8080/8085 .................................................... 66 C. Contoh Aplikasi Sederhana Mikroprosesor ............................................................. 69 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 90

v

Bab 5 Arsitektur Mikrokontroller ............................................................................... 93 A. Pengenalan Mikrokontroller .......................................................................................... 95 B. Penerapan Arsitektur Mikrokontroller ....................................................................... 100 C. Prinsip Kerja Sistem Minimum Mikrokontroller ...................................................... 102 D. Komponen Sistem Minimum Mikrokontroller ......................................................... 103 E. Blok Diagram Sistem Minimum Mikrokontroller .................................................... 104 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 106

Bab 6 Instruksi-instruksi Mikrokontroller ................................................................. 109 A. Instruksi Mikrokontroller AT 89S51 .............................................................................. 111 B. Alih Data (Move Data) ....................................................................................................... 117 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 128

Bab 7 Bahasa Pemrograman Mikrokontroller ........................................................... 131 A. Bahasa Mesin ...................................................................................................................... 133 B. Bahasa Assembly ................................................................................................................ 133 C. Bahasa Tingkat Tinggi ....................................................................................................... 133 D. Penulisan Bahasa Pemrograman (Bahasa C) ............................................................ 134 E. Tipe Data ............................................................................................................................... 136 F. Operator ................................................................................................................................ 138 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 139

Bab 8 Aplikatif Sederhana Mikroprosesor ................................................................ 143 A. Mikrokontroller AVR .......................................................................................................... 145 B. Mikrokontroller Arduino Board ..................................................................................... 146 C. Contoh Aplikasi Sederhana Mikrokontroller ............................................................ 149 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 164

Daftar Pustaka ................................................................................................................... 167Biodata Penulis .................................................................................................................. 168

Arsitektur Mikroprosesor 1

Arsitektur Mikroprosesor

Kompetensi Dasar

1BAB

Kompetensi Dasar Indikator

3.1 Menerapkan gambar a r s i te k t u r ( ra n c a n g bangun) mikroprosesor

1. Siswa mampu menentukan gambar arsitektur (rancang bangun) yang berhubungan dengan mikroprosesor.

2. Siswa mampu mengklasifikasikan gambar arsitektur (rancang bangun) yang berhubungan dengan mikroprosesor.

3.2 Menerapk an prinsip kerja sistem minimum mikroprosesor

1. Siswa mampu menerapkan prinsip kerja sistem minimum mikroprosesor yang dipelajari.

2. Siswa mampu menyimulasikan prinsip kerja sistem minimum mikroprosesor yang dipelajari untuk memecahkan permasalahan nyata.

3.3 Menerapkan komponen p e n d u k u n g s i s t e m minimum mikroprosesor

1. Siswa mampu menentukan komponen pendukung sistem minimum mikroprosesor.

2. Siswa mampu mengklasifikasikan komponen pendukung sistem minimum mikroprosesor sesuai dengan fungsi.

4.1 Membuat blok diagram arsitektur mikroprosesor

1. Siswa mampu mencontoh blok diagram arsitektur mikroprosesor yang ditampilkan.

2. Siswa mampu mengikuti dan mengamati bagian-bagian blok diagram arsitektur mikroprosesor yang disajikan.

4.2 Menjelaskan prinsip kerja sistem minimum mikroprosesor

1. Siswa mampu memberikan respon terhadap prinsip kerja sistem minimum mikroprosesor.

2. Siswa mampu mengulangi prinsip kerja sistem minimum mikroprosesor yang disampaikan.

4.3 Menjelaskan komponen p e n d u k u n g s i s t e m minimum mikroprosesor

1. Siswa mampu menyalin komponen pendukung sistem minimum mikroprosesor.

2. Siswa mampu mengamati dan mengulangi jenis-jenis komponen pendukung sistem minimum mikroprosesor.

Mikroprosesor dan Mikrokontroler Kelas XI untuk SMK/MAK2

Peta Konsep

Melalui kegiatan pembelajaran memahami dan menerapkan pada mata pelajaran mikroprosesor dan mikrokontroller ini diharapkan siswa terlibat aktif dalam kegiatan pembelajaran dan tanggung jawab untuk menyampaikan pendapat, menjawab pertanyaan, memberi saran dan kritik, serta:1. Melalui diskusi dan menggali informasi, peserta didik dapat menentukan gambar arsitektur

(rancang bangun) yang berhubungan dengan mikroprosesor dengan tepat.2. Melalui diskusi dan menggali informasi, peserta didik dapat mengklasifikasikan gambar

arsitektur (rancang bangun) yang berhubungan dengan mikroprosesor dengan santun.3. Melalui latihan, peserta didik dapat menerapkan prinsip kerja sistem minimum mikroprosesor

yang dipelajari dengan baik.4. Melalui latihan, peserta didik dapat menyimulasikan prinsip kerja sistem minimum

mikroprosesor yang dipelajari untuk memecahkan permasalahan nyata dengan tanggung jawab.

5. Melalui latihan, peserta didik dapat menentukan komponen pendukung sistem minimum mikroprosesor dengan baik.

6. Disediakan data jenis-jenis komponen, peserta didik dapat mengklasifikasikan komponen pendukung sistem minimum mikroprosesor sesuai fungsi dengan tanggung jawab.

7. Melalui diskusi dan menggali informasi, peserta didik dapat mencontoh blok diagram arsitektur mikroprosesor yang ditampilkan dengan santun.

8. Melalui diskusi dan menggali informasi, peserta didik dapat mengikuti dan mengamati bagian-bagian blok diagram arsitektur mikroprosesor yang disajikan dengan teliti.

9. Melalui latihan, peserta didik dapat memberikan respons terhadap prinsip kerja sistem minimum mikroprosesor dengan santun.

10. Melalui diskusi dan menggali informasi, peserta didik dapat mengulangi prinsip kerja sistem minimum mikroprosesor yang disampaikan dengan tanggung jawab.

11. Melalui latihan, peserta didik dapat menyalin komponen pendukung sistem minimum mikroprosesor dengan tanggung jawab.

12. Melalui latihan, peserta didik dapat mengamati dan mengulangi jenis-jenis komponen pendukung sistem minimum mikroprosesor dengan runtut dan tanggung jawab.

Tujuan Pembelajaran

Arsitektur Mikroprosesor

Pengenalan Mikroprosesor

RancangBangun MikroprosesorPenerapan Arsitektur Mikroprosesor

Prinsip Kerja Sistem Minimum Mikroprosesor

Komponen Sistem Minimum Mikroprosesor

Blok Diagram Sistem Minimum Mikroprosesor

Memori


A. Pengenalan Mikroprosesor

Materi Pembelajaran

Mikroprosesor pertama kali diperkenalkan oleh Intel Corporation pada tahun 1971 berupa sebuah chip Intel 4004. Chip 4004 berupa LSI (Large Scale Integration) yang berisi rangkaian logika yang cukup besar, karena chip LSI mampu menggantikan ratusan rangkaian yang digunakan dalam sistem mikro komputer konvensional yang digunakan pada waktu itu. Pada 4004 memiliki 46 perintah (instruction) dan mampu memuat data sebanyak 4 bit setiap saat. Selanjutnya mikroprosesor tersebut dikembangkan menjadi 8 bit data dan jumlah instruksi diperbanyak menjadi 48 instruksi dan nama barunya adalah 8008. Pada chip 8008 memiliki kecepatan proses yang lebih tinggi daripada 4004.

Gambar 1.1 Mikroprosesor Intel 4004Sumber: google.com

Chip 4004 dan 8008 digunakan secara luas dalam berbagai bidang dan mampu memacu perkembangan industri dalam waktu yang sangat singkat dan hanya dalam waktu 2 tahun berikutnya telah dikembangkan mikroprosesor standar 8 bit tipe 8080 yang merupakan penyempurnaan dari 8008 sehingga lebih canggih dan memiliki kecepatan yang lebih tinggi serta jumlah instruksi yang lebih banyak. Satu tahun kemudian pabrik-pabrik komponen elektronik yang lain terinspirasi dengan intel 8080 dengan mengeluarkan berbagai macam mikroprosesor 8 bit dengan tipe yang sesuai dengan pabrik pembuatnya. Misalnya Motorola dengan tipe 6800, Signetic dengan tipe 2650, Rokwell dengan PPS-8, dan sebagainya.

Pada tahun 1972, 8008 dengan bus data 8 bit digunakan oleh Don Lancaster untuk membuat cikal-bakal personal komputer. Chip 8008 membutuhkan 20 komponen tambahan untuk dapat bekerja penuh sebagai CPU.

Gambar 1.2 Mikroprosesor Intel 8008

Sumber: google.com


Tahun 1974, 8080 menjadi otak personal pertama komputer, Altair, diduga merupakan nama tujuan pesawat Starship Enterprise di film TV Star Trek. 8080 hanya membutuhkan 2 perangkat tambahan untuk bekerja. Selain itu 8080 terbuat dari transistor NMOS yang bekerja lebih cepat. 8080 disebut sebagai mikroprosesor generasi kedua. Segera sesudah itu Motorolla membuat MC6800 yang juga merupakan CPU multiguna. MC6800 sangat populer karena menggunakan catu daya +5V, dibanding 8080 dengan catu daya –5V, +5V, -12V, dan +12V.

Pada tahun 1975 muncul mikroprosesor generasi ketiga yang dikeluarkan oleh Zilog Inc, yaitu dengan tipe Z80 yang mampu menutup kekurangan dari intel 8080 baik dari segi kecepatan, jumlah instruksi dan kemudahan dalam operasionalnya, dan pada saat itu pula pabrik-pabrik yang lain mulai berlomba-lomba untuk saling mengungguli antara yang satu dengan yang lain. Bahkan dikembangkan pula komputer dalam satu chip (single chip microcomputer) misalnya F8 dari Fairchild dan Mostek 8048 dari Intel dan lain-lain.

Gambar 1.3 Mikroprosesor Zilog 80 dari MotorolaSumber: google.com

Tahun 1978, IBM menciptakan personal komputer PC-XT yang sangat populer menggunakan mikroprosesor 8086 dan 8088. Keduanya mampu menangani data 16 bit. Bedanya hanya pada ukuran bus data yang hanya 8 bit untuk 8088 (operasi internal 16 bit), dan 16 bit untuk 8086. Kemudian Intel membut 80186 dan 80188 yang juga berisi perangkat peripheral terprogram. Tahun 1982, 80286 adalah prosesor pertama yang dapat menjalankan perangkat lunak yang ditulis untuk pendahulunya, karena instruksi yang dimiliki oleh seri sebelumnya semuanya dimiliki dan ditambahi dengan instruksi lain. Kompatibilitas ke atas ini kemudian menjadi ciri khas mikroprosesor Intel. Dalam 6 tahun, ada 15 juta PC-AT yang menggunakan 80286 sebagai CPU. Tahun 1985, Intel membuat 80386 (386TM) yang mengandung 275 ribu transistor, dan merupakan mikroprosesor 32 bit yang dapat melakukan multitasking (menjalankan beberapa program dalam waktu yang bersamaan). Tahun 1989, Intel 486TM adalah prosesor pertama yang mempunyai math coprosesor secara built-in di dalamnya.

Gambar 1.4 Mikroprosesor Intel 80386Sumber: google.com


Tahun 1993, lahir keluarga prosesor Pentium®. Tahun 1995, prosesor Pentium® Pro didesain untuk server 32-bit, mengandung 5,5 juta transistor dan mempunyai chip memori cache kedua di dalamnya. Tahun 1997, dibuat prosesor Pentium® II dengan 7,5 juta transistor dan teknologi MMX, yang didesain khusus untuk memproses data video, audio dan grafik secara efisien. Prosesor ini juga diperkenalkan dengan bentuk cartridge Single Edge Contact (S.E.C). Seiring dengan itu bermunculan seri Celeron yang merupakan versi Pentium dengan beberapa fitur yang dihilangkan untuk menekan biaya produksi.

Tahun 1999 muncul Pentium III dengan 70 instruksi baru yang mendukung Internet Streaming SIMD. Prosesor ini berisi 9,5 juta transistor, dan mengintroduksi teknologi 0,25-micron. Pada saat ini sedang dikembangkan mikroprosesor 64 bit, sehingga operasi-operasi matematis yang dilakukan dapat lebih cepat. Prosesor Intel Celeron merupakan prosesor yang dikeluarkan sebagai prosesor yang ditujukan untuk pengguna yang tidak terlalu membutuhkan kinerja prosesor yang lebih cepat bagi pengguna yang ingin membangun sebuah sistem komputer dengan budget (harga) yang tidak terlalu besar. Prosesor Intel Celeron ini memiliki bentuk dan form factor yang sama dengan prosesor Intel jenis Pentium, tetapi hanya dengan instruksi-instruksi yang lebih sedikit, L2 cache-nya lebih kecil, kecepatan (clock speed) yang lebih lambat, dan harga yang lebih murah daripada prosesor Intel jenis Pentium. Dengan keluarnya prosesor Celeron ini maka Intel kembali memberikan sebuah prosesor untuk sebuah pasaran tertentu.

Gambar 1.5 Bentuk Intel Pentium III Internet Streaming SIMD

Sumber: google.com

Tahun 2000 Intel mengeluarkan produk terbarunya yaitu Intel® Pentium® 4 Prosesor, prosesor Pentium 4 merupakan produk Intel yang kecepatan prosesnya mampu menembus kecepatan hingga 3.06 GHz. Pertama kali keluar prosesor ini berkecepatan 1.5GHz dengan formfactor pin 423, setelah itu intel mengubah formfactor prosesor Intel Pentium 4 menjadi pin 478 yang dimulai dari prosesor Intel Pentium 4 berkecepatan 1.3 GHz sampai yang terbaru yang saat ini mampu menembus kecepatannya hingga 3.4 GHz.

Tahun 2001 intel memperbarui prosessornya yaitu Intel® Xeon® Prosesor, prosesor Intel Pentium 4 Xeon merupakan prosesor Intel Pentium 4 yang ditujukan khusus untuk berperan sebagai computer server. Prosesor ini memiliki jumlah pin lebih banyak dari prosesor Intel Pentium 4 serta dengan memori L2 cache yang lebih besar pula. Pada tahun yang sama intel juga mengeluarkan produk yang lain yang dinamakan Itanium. Itanium adalah prosesor pertama berbasis 64 bit yang ditujukan bagi pemakain pada server dan workstation serta pemakai tertentu. Prosesor ini sudah dibuat dengan struktur yang benar-benar berbeda dari sebelumnya yang didasarkan pada desain dan teknologi Intel’s Explicitly Parallel Instruction Computing (EPIC).


Tahun 2002 Intel memperbaiki produk Itaniumnya yaitu Intel® Itanium® 2 Prosesor. Itanium 2 adalah generasi kedua dari keluarga Itanium. Tahun 2003 intel mengeluarkan produk barunya yaitu Intel® Pentium® M Prosesor, dimana Chipset 855, dan Intel® PRO/WIRELESS 2100 adalah komponen dari Intel® Centrino™. Intel Centrino dibuat untuk memenuhi kebutuhan pasar akan keberadaan sebuah komputer yang mudah dibawa ke mana-mana. Tahun 2004 mengeluarkan produk Intel Pentium M 735/745/755 prosesors dan Intel E7520/E7320 Chipsets dimana dilengkapi dengan chipset 855 dengan fitur baru 2Mb L2 Cache 400MHz system bus dan kecocokan dengan soket prosesor dengan seri-seri Pentium M sebelumnya, sedangkan 7320/7520 dapat digunakan untuk dual prosesor dengan konfigurasi 800MHz FSB, DDR2 400 memori, dan PCI Express peripheral interfaces. Intel memperbaiki produknya pada tahun 2005 dengan mengeluarkan Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73GHz, dimana prosesor yang ditujukan untuk pasar pengguna komputer yang menginginkan sesuatu yang lebih dari komputernya, prosesor ini menggunakan konfigurasi 3.73GHz frequency, 1.066GHz FSB, EM64T, 2MB L2 cache, dan Hyper Threading.

Gambar 1.6 Bentuk dan Layout Intel Pentium 4Sumber: google.com

Pada tahun yang sama mengeluarkan juga Intel Pentium D 820/830/840 yaitu Prosesor berbasis 64 bit dan disebut dual core karena menggunakan 2 buah inti, dengan konfigurasi 1 MB L2 cache pada tiap core, 800 MHz FSB, dan bisa beroperasi pada frekuensi 2.8 GHz, 3.0 GHz, dan 3.2 GHz. Pada prosesor jenis ini juga disertakan dukungan Hyper Threading. Tahun 2006 mengeluarkan lagi produk Intel Core 2 Quad Q6600 dimana Prosesor untuk tipe desktop dan digunakan pada orang yang ingin kekuatan lebih dari komputer yang ia miliki memiliki 2 buah core dengan konfigurasi 2.4 GHz dengan 8MB L2 cache (sampai dengan 4 MB yang dapat diakses tiap core), 1.06 GHz Front-side bus, dan thermal design power (TDP). Tahun 2006 juga mengeluarkan produk Intel Quad-core Xeon X3210/X3220 yaitu Prosesor yang digunakan untuk tipe server dan memiliki 2 buah core dengan masing-masing memiliki konfigurasi 2.13 dan 2.4 GHz, berturut-turut, dengan 8MB L2 cache (dapat mencapai 4 MB yang diakses untuk tiap core), 1.06 GHz Front-side bus, dan thermal design power (TDP).

B. Penerapan Arsitektur Mikroprosesor

Arsitektur sebuah mikroprosesor menunjukkan rancangan tentang perangkat lunak dan perangkat keras yang terpadu menjadi satu. Rancangan perangkat lunak dan perangkat keras sebuah mikroprosesor dikembangkan secara simultan sebelum sebuah mikroprosesor diproduksi. Arsitektur perangkat lunak mikroprosesor disebut juga dengan set instruksi. Setiap mikroprosesor memiliki set instruksi tersendiri yang terdiri dari sejumlah instruksi yang dapat bekerja di dalam perangkat keras mikroprosesor.

Internal software design berkaitan dengan bentuk atau rancangan set instruksi (instruction set) yang digunakan. Set instruksi sebuah mrikroprosesor dibangun dan dikembangkan


bersamaan dengan pengembangan rancangan perangkat keras mikroprosesornya. Setiap perintah dalam set instruksi harus bekerja pada saat proses decoding yang dilakukan oleh perangkat keras mikroprosesor. Disebut internal software karena set instruksi berkaitan langsung dengan perangkat keras yang ada di dalam mikroprosesor. Setiap perintah dalam set instruksi dikodekan dalam heksadesimal.

Ada tiga model arsitektur mikroprosesor dilihat dari perangkat lunak dalam bentuk set instruksi sebagai software design. Ketiga jenis arsitektur mikroprosesor yaitu: (1) Complex Instruction Set Computer (CISC), (2) Reduce Instruction Set Computer (RISC), dan (3) Mikroprosesor Superskalar.

1. Complex Instruction Set Computer (CISC) Pada mulanya dalam industri komputer, pemrograman dilakukan menggunakan bahasa assembly atau kode-kode bahasa mesin. Pemrograman semacam ini sangat powerful dan mudah menggunakan instruksi. Perancang CPU mencoba membuat instruksi yang dapat melakukan berbagai perintah kerja. CISC adalah jenis arsitektur mikroprosesor yang menggunakan banyak jenis dan ragam instruksi. CISC menyediakan kemampuan setiap instruksi dapat mengeksekusi operasi low-level, seperti men-load data dari memori, operasi aritmetika, dan melakukan prosedur penyimpanan ke memori. Mikroprosesor jenis ini memiliki kemampuan eksekusi cepat. Contoh mikroprosesor dengan arsitektur CISC adalah Intel 8088, 8085, 8086, Zilog Z-80 CPU, NS 32016, MC6800. Karena jumlah instruksi lebih banyak jenis dan ragamnya maka kelemahan CISC terletak pada sulitnya mengembangkan interpreter dan kompiler.

2. Reduce Instruction Set Computer (RISC) RISC merupakan arsitektur instruction set yang menekankan kepada kesederhanaan instruksi “bekerja sedikit” tetapi tetap memberikan hasil performansi yang tinggi. Hal ini bisa terjadi karena proses eksekusi instruksinya sangat cepat. Arsitektur ini lebih baru dibandingkan dengan arsitektur CISC. Arsitektur RISC memiliki sedikit instruksi banyak register. Contoh mikroprosesor dengan artsitektur RISC adalah AMD 2900, MIPS R2000, SUN SPARC, MC 8800, ATMET 90S1200, 90S2313, 90S2323, 90S2343, 90S4434, 90S8515. Ciri-ciri RISC:a) Instruksi bersifat tunggal.b) Ukuran instruksi umumnya 4 byte.c) Jumlah mode pengalamatan (addressing mode) lebih sedikit di bawah lima.d) Tidak ada mode pengalamatan tidak langsung (indirect addressing mode).e) Tidak ada operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi

aritmetika.f) Setiap instruksi dalam satu lokasi memori memiliki lebih dari satu operand.g) Tidak mendukung sembarang peralatan.h) Satu instruksi satu alamat data.i) Minimal 32 register interger dapat dirujuk secara eksplisit.j) Minimal 16 register floating point direferensikan secara eksplisit.

3. Mikroprosesor Superskalar Mikroprosesor dengan arsitektur superskalar adalah mikroprosesor yang menggunakan instruksi-instruksi biasa (aritmetika, floating point, store, branch) tetapi bisa diinisialisasi secara simultan dan dapat dieksekusi secara independen. Contoh


mikroprosesor dengan arsitektur superskalar antara lain: IBM RS 6000, Pentium (CISC dengan konsep superskalar). Saat sekarang sebuah mikroprosesor yang cukup canggih dapat diperoleh dengan harga yang murah tidak lain disebabkan oleh perkembangan teknologi pembuatan mikroprosesor yang sudah sangat maju sehingga kerumitan dalam suatu rangkaian ribuan hingga jutaan komponen dapat dibuat dalam satu chip yang kira-kira hanya berukuran kurang lebih hanya 1 cm2 saja. Dalam pembuatan mikroprosesor dikenal bermacam-macam teknologi yang diterapkan. Pada masing-masing teknologi memiliki karakteristik tertentu yang dapat digunakan sesuai dengan kebutuhan, yaitu kecepatan proses, harga yang lebih ekonomis, atau dalam hal penggunaan daya yang sangat rendah. Teknologi dalam pembuatan mikroprosesor yang dikenal saat ini adalah:a. Teknologi PMOS (Chanel P Metal Oxide Semiconductor)b. Teknologi NMOS (Chanel N Metal Oxide Semiconductor)c. Teknologi CMOS (Complementary-NMOS)d. Teknologi bipolar jenis ECLe. Teknologi bipolar jenis Schottkyf. Teknologi bipolar TTLg. Teknologi Galium Arsenide dan lain-lain. Dari sekian teknologi yang digunakan dalam pembuatan mikroprosesor maka yang paling murah adalah teknologi PMOS dan yang paling sedikit penggunaan daya adalah jenis teknologi CMOS. Pada Tabel 1.1 berikut ini dijelaskan beberapa macam mikroprosesor dan jenis teknologi yang dipergunakannya.

Jenis Teknologi Mikroprosesor Pengguna Teknologi

PMOS Intel 4004, 4040, 8008

NMOS Intel 8080, 8085, 8086, 8748Motorola 6800, 6801, 6802, 6805, 6809Zilog Z80, Z8000NS 32032

CMOS Motorola 145805, 14500

Schottky Intel 1001

AMD Am2901, 2903

TTL TI SBP 0400, SBP 9900

ECL Motorola 10800

Penggunaan sebuah mikroprosesor sebenarnya sangatlah luas karena mampu menggantikan hampir semua perangkat yang berbasis sistem digital serta flexibilitas kerjanya yang sangat tinggi. Keterbatasan dalam pemakaiannya pada umumnya banyak dipengaruhi antara lain:a. Kemampuan untuk memahami kerja mikroprosesorb. Kemampuan daya imajinasi perancang dan pemrogramanc. Kompatibilitas perangkat tambahan serta tersedianya sarana pendukungnya. Sampai saat ini mikroprosesor digunakan secara luas dalam berbagai bidang, baik yang menyangkut penggunaan langsung dalam sebuah sistem komputer personal


sampai komputer main frame maupun bidang lain dalam sistem elektrik sampai mekanik yang memerlukan pengendalian yang langsung dapat ditangani oleh sebuah mikroprosesor, bahkan dari alat rumah tangga, alat hiburan, sistem komunikasi, industri sampai dengan perlengkapan militer.

Gambar 1.7 Salah Satu Contoh Mikroprosesor Buatan Intel

Sumber: google.com

Kriteria pemilihan mikroprosesor ditentukan antara lain sebagai berikut:a. Persyaratan yang harus dipenuhi oleh sistemb. Jumlah dan jenis komponen yang dipergunakanc. Kecepatan operasi kerjad. Kompatibilitas perangkat penghubung/tambahane. Ada tidaknya modifikasi yang akan dilakukan terhadap sistem di kemudian hari. Di samping itu harus diperhatikan pula keuntungan dan kerugian yang ditimbulkan oleh pemakaian suatu sistem mikroprosesor dalam penggunaannya. Beberapa keuntungan dari penggunaan sistem mikroprosesor antara lain: a. Sistem mikroprosesor dapat diprogram (programable), sehingga dengan

perangkat keras (hardware) yang relatif sama tetapi dapat dipergunakan untuk bermacam-macam sistem aplikasi yang berbeda tergantung dari program yang diberikan pada perangkat keras tersebut.

b. Sistem menjadi lebih andal baik dalam kecepatan.c. Operasional menjadi lebih mudah, bahkan dapat diatur untuk ke arah otomasi.d. Jumlah komponen yang diperlukan semakin sedikit serta daya yang diperlukan

semakin kecil pula. Di samping keuntungan yang menjanjikan, sistem mikroprosesor juga memiliki kerugian-kerugian sebagai berikut:a. Mikroprosesor banyak jenisnya dan antara satu dengan yang lainnya tidak

kompatibel karena dari segi hardware maupun software-nya berbeda, sehingga pengembangan sistemnya juga tidak sama.

b. Mikroprosesor mengalami perkembangan yang sangat pesat sehingga suatu sistem mikroprosesor menjadi cepat usang (out of date).

C. Prinsip Kerja Sistem Minimum Mikroprosesor

Mikroprosesor adalah sebuah chip (keping) yang dapat melaksanakan operasi-operasi hitungan, operasi nalar, dan operasi kendali secara elektronis (digital). Biasanya mikroprosesor dikemas dengan plastik atau keramik. Kemasannya dilengkapi dengan pin-pin yang merupakan terminal masukan dan keluaran dari chip. Mikroprosesor merupakan


rangkaian terpadu (integreted circuit) dalam bentuk komponen chip VLSI (Very Large Scale Integration) yang mampu menjalankan perintah secara berurutan dalam bentuk program sehingga dapat bekerja sesuai yang diinginkan programer. Perintah atau instruksi yang diberikan pada suatu mikroprosesor haruslah dapat dimengerti oleh mikroprosesor itu sendiri. Pada umumnya instruksi yang diberikan dalam bentuk besaran-besaran biner atau dalam bahasa mesin (machine language).

Setiap mikroprosesor memiliki kode instruksi yang berbeda-beda sesuai dengan yang direncanakan oleh pabrik pembuatnya. Sehingga suatu program yang ditulis dalam kode instruksi untuk mikroprosesor tertentu tidak dapat dijalankan untuk semua jenis mikroprosesor yang ada.

Sistem Minimum Mikroprosesor merupakan sebuah sistem yang dibangun dari komponen utama yaitu Unit Mikroprosesor atau CPU, dan komponen tambahan yaitu Unit Memori, Unit Masukan/Keluaran (I/O), untuk menjalankan atau mengeksekusi program yang diberikan. Jadi, sistem mikroprosesor adalah sistem mikro-elektronika yang menggunakan mikroprosesor sebagai unit pemroses sentralnya.

Mikrokomputer adalah suatu sistem mikroprosesor, yang minimum terdiri dari chip mikroprosesor (CPU: Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory) yang berisi firmware (Program kendali sistem uP), RAM (Random Access Memory) yang berisi program atau data sementara, dan Piranti input-output (I/O device) yang berguna untuk komunikasi antara sistem mikroprosesor dengan piranti yang dikendalikan. (komunikasi dengan operator/user). Sistem tersebut disusun pada suatu PCB (Printed Circuit Board).

Mikrokontroler Chip yang di dalamnya terkandung sistem interkoneksi antara Mikroprosesor, RAM, ROM, I/O interface, dan beberapa peripheral. Mikrokontroler disebut juga On-chip-Peripheral. Namun demikian terdapat beberapa jenis mikroprosesor yang kompatibel satu arah saja, artinya ada program yang dapat dijalankan oleh suatu mikroprosesor dapat dijalankan oleh mikroprosesor yang berbeda, tetapi untuk kebalikannya maka program tersebut tidak dapat jalan.

Gambar 1.8 Mikrokomputer yang Dibuat Menjadi Chip MikrokontrollerSumber: google.com

Misalnya tipe mikroprosesor Z80 dapat menjalankan instruksi untuk mikroprosesor 8080 ataupun 8085, program yang menggunakan prosesor 8086 dapat dijalankan oleh prosesor yang lebih tinggi (80186, 80286, 80386, 80486 dan seterusnya) namun tidak dapat program (80186, 80286, 80386, 80486) tidak dapat dijalankan oleh prosesor di bawahnya.


D. Komponen Sistem Minimum Mikroprosesor

Secara fisik mikroprosesor memiliki beberapa saluran masukan maupun keluaran yang digunakan untuk sambungan dengan komponen-komponen pendukung sistem mikroprosesor. Saluran-saluran tersebut dikelompokkan sebagai berikut:a. Bus saluran Alamat (Address Bus)b. Bus saluran Data (Data Bus)c. Bus saluran Kendali (Control Bus) Secara blok diagram saluran-saluran yang terdapat pada mikroprosesor Z80 dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 1.9 Saluran-Saluran MikroprosesorSumber: google.com

1. Bus Saluran Alamat (Address Bus)Saluran alamat (address bus) diperlukan untuk menentukan suatu lokasi alamat

memori maupun lokasi alamat dari perangkat input/output (Input Output Interface) yang selalu digunakan dalam suatu sistem mikroprosesor itu sendiri, sebab jumlah saluran yang ada langsung menentukan banyaknya alamat memori (kapasitas memori) yang dapat ditanganinya. Pada awal pengembangannya, mikroprosesor buatan Intel dengan tipe 8008 hanya memiliki empat buah saluran alamat, sehingga total alamat memori yang dapat ditanganinya sebanyak 16384 alamat. Setelah mengalami pengembangan selanjutnya sudah mencapai 16 saluran alamat sehingga mampu menangani 65536 alamat memori. Sifat saluran alamat adalah keluaran, sehingga kendali dilakukan dari mikroprosesor menuju ke perangkat-perangkat ingatan maupun perangkat-perangkat keluaran/masukan (input output peripheral).a) Memori Address

Pada mikroprosesor buatan Zilog dengan tipe Z80 juga memiliki kapasitas memori sebesar 64 kbyte. Pada saat sekarang sebuah mikroprosesor sudah mampu menangani memori lebih besar dari 1 Gigabyte. Untuk mempermudah serta menyederhanakan dalam pengaturan maupun penyambungan pada perangkat pendukung mikroprosesor maka pengalamatannya menggunakan sistem bilangan biner. Sehingga jumlah penyemat (pin) pada IC menjadi jauh lebih sedikit. Untuk menentukan jumlah total alamat/kapasitas memori yang dapat ditangani oleh suatu mikroprosesor adalah dengan cara menggunakan rumus sebagai berikut:

Jumlah total alamat = 20 di mana n = jumlah saluran alamat. Jadi misalkan suatu mikroprosesor memiliki jumlah penyemat 16 saluran maka kapasitas total alamat memori yang dapat ditangani oleh mikroprosesor tersebut adalah 216


= 65536 byte, sedangkan untuk mencari jumlah saluran dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

Jumlah saluran alamat = 2log jumlah total memoriPenyemat saluran alamat pada suatu mikroprosesor pada umumnya diberi tanda dengan huruf A, oleh karena jumlah saluran alamat ada 16 buah dan masing-masing saluran memilki bobot yang berbeda maka saluran alamat yang berbobot paling rendah (Least Significant Bit, LSB) diberi tanda A0 dan selanjutnya urut hingga saluran terakhir yang memiliki bobot terbesar (Most Significant Bit, MSB) diberi tanda A15. Dengan demikian saluran alamat yang terdapat pada mikroprosesor tipe Z80 yang berjumlah 16 buah saluran, masing-masing diberi tanda A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6, .........................A15. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada blok berikut:

Gambar 1.10 Diagram Koneksi Address Bus dengan Perangkat I/OSumber: google.com

Bobot nilai pada masing-masing saluran alamat dapat ditentukan dengan cara menggunakan seperti menentukan bobot nilai posisi bit yang terdapat pada sistem bilangan biner.

A0 bobotnya = 20 = 1 alamatA1 bobotnya = 21 = 2 alamatA2 bobotnya = 22 = 4 alamatA3 bobotnya = 23 = 8 alamatA4 bobotnya = 24 = 16 alamatA5 bobotnya = 25 = 32 alamatA6 bobotnya = 26 = 64 alamatA7 bobotnya = 27 = 128 alamatA8 bobotnya = 28 = 256 alamatA9 bobotnya = 29 = 512 alamatA10 bobotnya = 210 = 1024 alamatA11 bobotnya = 211 = 2048 alamatA12 bobotnya = 212 = 4096 alamatA13 bobotnya = 213 = 8192 alamatA14 bobotnya = 214 = 16384 alamatA15 bobotnya = 215 = 32768 alamat


Jumlah total adalah = 65535 + alamat 0 = 65536 alamat. Dengan demikian nomor alamat pada mikroprosesor Z80 dengan menggunakan besaran sistem bilangan desimal adalah dari alamat 0 sampai dengan 65535.

Dari uraian di atas dapat digunakan untuk menentukan lokasi suatu alamat memori ataupun alamat perangkat input output yang akan disambungkan pada sebuah mikroprosesor. Pengalamatan pada sebuah mikroprosesor umumnya dengan mengaktifkan jalur alamat dengan memberikan suatu instruksi yang mampu mengondisikan logika yang sesuai dengan besaran kode biner sebanyak 16 bit. Untuk mempersingkat serta untuk mempermudah penandaan nomor alamat awal sampai dengan akhir adalah dengan cara menggunakan kode hexadesimal. Dengan demikian alamat untuk CPU Z80 terdiri dari 0000 sampai dengan FFFF. Keuntungan menggunakan kode hexadesimal adalah kemudahannya untuk diubah kembali dalam kode biner atau sebaliknya.

Pengaturan penggunaan alamat memori dilakukan oleh pemakai berdasarkan instruksi yang diberikan dan alokasi pemasangan perangkat memaori yang digunakan dalam sistem dalam batasan 0000-FFFF. Selain itu yang perlu diingat bahwa pada saat kondisi awal (catu daya dihidupkan) atau setelah tombol reset ditekan, mikroprosesor akan selalu memulai pada alamat 0000, sehingga instruksi yang berada pada alamat tersebut akan selalu dilaksanakan dahulu.

b) I/O AddressSelain terdapat alamat-alamat yang dapat digunakan untuk menghubungi

perangkat ingatan, pada CPU Z80 juga memiliki alamat-alamat yang digunakan untuk keperluan penanganan perangkat-perangkat I/O sebanyak 256 alamat. Sebagaimana pengaturan alamat pada sistem ingatan maka alamat I/O ditangani oleh address bus bagian bawah (A0 sampai A7) sebanyak 8 saluran.

Dalam kode heksadesimal alamat I/O adalah 00-FF. Sedangkan address bus bagian atas (A8-A15) digunakan untuk buffer (penyangga) data. Jadi pada address bus memiliki fungsi ganda sebagai alamat ingatan dan alamat masukan atau keluaran.

2. Bus Saluran Data (Data Bus)Data bus (saluran data) diperlukan sebagai jalan masukan atau keluaran data

yang berfungsi sebagai instruksi atau penyerta instruksi antara perangkat ingatan dan perangkat I/O dengan CPU. Untuk mikroprosesor Z80 memiliki 8 buah saluran data (D0-D7) atau 8 bit data. Sifat dari saluran data adalah dua arah (bidirectional), jadi arahnya dapat bolak-balik antara mikroprosesor dengan perangkat ingatan maupun perangkat masukan keluaran.

Dalam sistem mikrokomputer, data bus dipakai bersama-sama antara CPU dengan perangkat-perangkat lainnya agar pengawatan menjadi lebih praktis, sehingga cara penyambungannya secara paralel. Untuk menghindari terjadinya konflik data antara perangkat satu dengan yang lainnya maka berlaku sistem bergantian dan stand by atau kalau perlu keadaan tersebut dapat diatur melalui CPU lewat saluran kendali bus.

3. Bus Saluran Kendali (Control Bus)Saluran kendali (Control Bus) digunakan untuk melakukan pengendalian terhadap

komponen-komponen pendukung dalam sistem mikroprosesor. Semua aktivitas lalu lintas data maupun pengambilan instruksi ke perangkat ingatan, perangkat keluaran masukan dan lain-lainnya diatur dan dikendalikan lewat saluran kendali tersebut. Pada mikroprosesor saluran-saluran kendali ada dua kelompok yaitu:


a) Saluran kendali yang bersifat keluaran, artinya suatu pengendalian yang arahnya dari mikroprosesor menuju ke perangkat pendukung (perangkat ingatan, I/O, dekoder, dan lain-lainnya).

b) Saluran kendali yang bersifat masukan, artinya suatu pengendalian yang arahnya dari perangkat luar mikroprosesor menuju ke mikroprosesor tersebut.

E. Blok Diagram Sistem Minimum Mikroprosesor

Sebuah mikroprosesor secara internal dikonstruksi dari tiga bagian penting yaitu:a. Arithmetic Logic Unit (ALU),b. Register Unit (RU),c. Instruction Register (IR), dand. Control Unit (CU) Secara ilustratif konstruksi internal sebuah IC mikroprosesor dapat digambarkan seperti gambar 1.11 di bawah ini.

Gambar 1.11 Ilustrasi IC Mikroprosesor

Sumber: google.com

ALU adalah bagian yang bekerja melaksanakan operasi aritmetika dan operasi logika. Operasi aritmetika meliputi operasi penjumlahan (ADD atau ADD with Carry), pengurangan (SUB atau SUB with Borrow), perkalian (MUL), dan pembagian (DIV). Sedangkan operasi logika meliputi operasi logika AND, OR, XOR, COMPLEMEN, NEGATE. Untuk mendukung pelaksanaan operasi pada ALU mikroprosesor membutuhkan sejumlah register. Register adalah sebuah memori tempat menyimpan data dan tempat menyimpan hasil operasi. Register khusus yang bekerja sebagai tempat penampung hasil operasi pengolahan pada ALU disebut Akumulator. CU mengendalikan aliran data pada bus data dan bus alamat, kemudian menafsirkan dan mengatur sinyal yang terdapat pada bus pengendali.

1. Arithmetic Logic Unit (ALU) ALU merupakan singkatan dari Arithmetic Logic Unit yaitu bagian yang berfungsi untuk memproses pengolahan instruksi yang berhubungan dengan proses aritmetika dan logika. Pada bagian ini merupakan jantung dari CPU serta di dalamnya terdapat register A yang berfungsi sebagai akumulator untuk menyimpan hasil akhir dari proses-proses tersebut.

2. Register Unit (RU) Pada bagian ini terdiri dari register-register yang dapat dipakai secara umum (general purpose register) yang dapat diakses secara langsung dan register-register yang dipakai secara khusus (special purpose register). Pada mikroprosesor Z80 memiliki 22 buah register yang terdiri dari tiga group.


3. Instruction Register (IR) Pada bagian ini berfungsi untuk menerjemahkan kode-kode biner tertentu yang masuk melalui data bus diubah menjadi instruksi-instruksi yang dapat dimengerti dan dapat diolah pada unit pengolah pusat (CPU) dan selanjutnya juga akan mengendalikan bagian-bagian terkait yang terdapat dalam mikroprosesor Z80 misalnya address bus, data bus, control bus register-register, dan lain-lainnya melalui CPU Control Signal System.

4. Control Unit (CU)Bagian ini berfungsi untuk memberikan sinyal-sinyal kendali pada bagian-bagian

yang terkait sehingga segala kendali baik secara perangkat keras maupun perangkat lunak dapat dikendalikan lewat control signal system dengan cara memberikan suatu level sinyal logika untuk dapat mengaktifkan bagian-bagian yang terkait. Misalnya saluran reset diberikan logika 0 (diaktifkan) maka bagian control signal system ini akan mereset isi register PC dan isinya akan disalurkan saluran alamat, saluran data akan difungsikan sebagai masukan untuk dapat menerima data instruksi dari perangkat memori, sebaliknya jika ada instruksi yang berhubungan dengan alamat maka isi PC akan diset sesuai dengan instruksi kemudian akan disalurkan ke saluran alamat dapat digunakan oleh instruksi selanjutnya.

Mikroprosesor sebagai sebuah chip tidak bisa bekerja sendiri. Mikroprosesor memerlukan unit lain yaitu unit memori dan unit I/O. Dengan menggabungkan CPU, Memory Unit, dan I/O unit terbangun sebuah sistem yang disebut dengan sistem mikroprosesor.

Gambar 1.12 Diagram Blok Sistem Mikroprosesor

Sumber: google.com

CPU bekerja mengatur pengendalian dan proses alih data yang terjadi dalam sistem mikroprosesor. Alih data berlangsung melalui saluran yang disebut dengan data bus. Alih data bisa terjadi dari memori ke CPU atau dari I/O ke CPU atau sebaliknya dari CPU ke memori atau dari CPU ke I/O. Alih data dari memori atau dari I/O ke CPU dikenal sebagai proses baca (READ). Alih data dari CPU ke memori atau alih data dari CPU ke I/O dikenal sebagai proses tulis (WRITE). Proses Read atau proses Write dikendalikan melalui saluran yang disebut dengan control bus. Bus alamat bekerja mengatur lokasi alamat memori atau I/O dari mana atau ke mana data diambil atau dikirim.

Komputer mikro adalah salah satu contoh jenis sistem mikroprosesor. Untuk membangun fungsi sebagai komputer mikro, sebuah mikroprosesor juga harus dilengkapi dengan memori, biasanya memori program yang hanya bisa dibaca (Read Only Memory = ROM) dan memori yang bisa dibaca dan ditulisi (Read Write Memory = RWM), dekoder memori, osilator, dan sejumlah peralatan input output seperti port data seri dan paralel. Sebuah komputer mikro dapat digambarkan seperti gambar 1.13. Jadi komputer mikro adalah sebuah sistem mikroprosesor.


Gambar 1.13 Diagram Blok Komputer Mikro

Sumber: google.com

Gambar 1.13 menunjukkan CPU bekerja bersama unit memori, unit I/O, peralatan input, dan peralatan output. Pokok dari penggunaan mikroprosesor adalah untuk melaksanakan program, mengambil data, membentuk kalkulasi, perhitungan atau manipulasi data, dan menyimpan hasil perhitungan pada peralatan penyimpan atau menampilkan hasil pada sebuah monitor atau cetak keras. Pada komputer mikro Mikroprosesor berkomunikasi dengan memori dan port I/O juga menggunakan saluran yang disebut dengan bus. Bus ada tiga jenis yaitu bus data, bus alamat, dan bus kendali seperti terlihat pada gambar 1.13.

F. Memori

Secara fisik mikroprosesor memiliki beberapa saluran masukan Memori merupakan sumber daya yang bersangkutan dengan ruang atau letak selain sebagai pengingat, memori juga bertindak selaku penyimpan (storage). Ada isi memori yang sudah bersifat tetap, sehingga tidak dapat diubah lagi, ada juga memori yang tidak bersifat tetap. Keluasan ruang memori menyebabkan pencarian pencarian bagian atau letak memori tertentu menjadi tidak mudah.

Berdasarkan atas keperluan penyimpanan informasi, dikenal adanya alamat memori mutlak atau alamat memori fisik. Berdasarkan atas kemudahan tata olah, dikenal adanya alamat memori relatif atau alamat memori logika. Pada memori kerja, alamat mutlak adalah alamat fisik pada memori kerja, sedangkan alamat relatif adalah alamat memori yang secara tidak langsung menunjuk ke salah satu sel pada memori kerja.

1. Pemuatan informasi ke memori Memori yang mempunyai fungsi utama sebagai penyimpan informasi atau data, maka sudah barang tentu perlu diketahui teknik atau cara pemuatan informasi ke ruang memori yang digunakan. Beberapa cara pemuatan data ke memori yaitu:a) Pemuatan mutlak

Pemuatan informasi ke memori kerja, alamat yang tercantum di dalam tata olah sama dengan alamat yang ditempatinya di dalam memori kerja.

b) Pemuatan relokasiKondisi di mana pemuatan informasi ke memori kerja, alamat yang tercantum di dalam tata olah tidak mesti sama dengan alamat yang ditempatinya di dalam memori kerja.

c) Pemuatan sambung (linker)Menyambungkan suatu informasi ke informasi lain di dalam memori kerja. Pemuatan sambung sering digunakan pada tata olah atau penggalan tata olah yang tersimpan di dalam pustaka (library).


d) Pemuatan dinamik (tumpang atau overlay)Jika ukuran tata olah itu melampaui ukuran ruang memori kerja, tata olah dapat dipenggal ke dalam sejumlah segmen. Segmen itulah yang kemudian dimuat ke dalam memori kerja. Pelaksanaan pekerjaan berlangsung segmen demi segmen.

2. Jenis-jenis memori Setiap program dan data yang sedang diproses oleh prosesor akan disimpan di dalam memori fisik. Data yang disimpan dalam memori fisik bersifat sementara, karena data yang disimpan di dalamnya akan tersimpan selama masih dialiri daya listrik. Ketika sumber daya listrik dimatikan atau direset, data yang disimpan dalam memori fisik akan hilang. Memori biasa dibedakan menjadi dua macam: ROM dan RAM. Selain itu, terdapat pula memori yang disebut Cache Memory.a) Read Only Memory (ROM)

ROM adalah kependekan dari Read Only Memory, yaitu perangkat keras berupa chip memori semikonduktor yang isinya hanya dapat dibaca. Jenis memori ini datanya hanya bisa dibaca dan tidak bisa ditulis secara berulang-ulang. Memori ini berjenis nonvolatile, artinya data yang disimpan tidak mudah menguap (hilang) walaupun catu dayanya dimatikan. Karena itu memori ini biasa digunakan untuk menyimpan program utama dari suatu sistem, sehingga lebih aman karena tidak takut datanya hilang di tengah jalan. Sampai sekarang dikenal beberapa jenis ROM yang pernah beredar dan terpasang pada komputer, antara lain PROM, EPROM, dan EEPROM.1) Programmable Read-Only-Memory (PROM)

Jika isi ROM ditentukan oleh vendor, PROM dijual dalam keadaan kosong dan kemudian dapat diisi dengan program oleh pemakai. Setelah diisi dengan program, isi PROM tidak bisa dihapus.

Gambar 1.14 Koneksi pin PROM PC44Sumber: google.com

2) Erasable Programmable Read-Only-Memory (EPROM)Berbeda dengan PROM, isi EPROM dapat dihapus setelah diprogram. Penghapusan dilakukan dengan menggunakan sinar ultraviolet.


Gambar 1.15 Serial EEPROM AT24C01

Sumber: google.com

3) Electrically Erasable Programmable Read-Only-Memory (EEPROM)EEPROM dapat menyimpan data secara permanen, tetapi isinya masih bisa dihapus secara elektris melalui program. Salah satu jenis EEPROM adalah Flash Memory.

Gambar 1.16 Serial EEPROM AT24C01

Sumber: google.com

b) Random Access Memory (RAM)RAM merupakan perangkat keras berupa chip memori semikonduktor yang sifat memorinya dapat dibaca dan ditulisi. Jenis memori ini data yang disimpan bisa hilang di tengah proses karena sifat memori ini adalah berjenis volatile, artinya data yang disimpan akan hilang (menguap) jika catu dayanya dimatikan.

Gambar 1.17 Contoh bentuk RAMSumber: google.com

Berdasarkan cara kerja dari RAM, maka terdapat dua jenis RAM yaitu statis dan dinamis. RAM dinamis tersusun oleh sel-sel yang menyimpan data sebagai muatan Iistrik pada kapasitor. Untuk Dynamic RAM (DRAM) dapat dikategorikan dalam beberapa tipe, di antaranya adalah:a. Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM)b. Extended Data Output DRAM (EDO DRAM)c. Synchronous DRAM (SDRAM)d. Rambus DRAM (RDRAM)e. Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM)


Sedangkan RAM yang mempunyai fungsi khusus untuk video di antaranya adalah:a. Video RAM (VRAM)b. Windows RAM (WRAM)c. Synchronous Graphic RAM (SGRAM) Untuk RAM statis menyimpan informasinya dengan cara menyimpan nilai-nilai biner dari suatu informasi dengan menggunakan konfigurasi gerbang logika flip-flop, jenis RAM ini adalah Static RAM (SRAM). Berdasarkan jenis modulnya dapat dibagi sebagai berikut:a. Single Inline Memory Module (SIMM)b. Double Inline Memory Module (DIMM)c. Rambus Inline Memory Module (RIMM)

Gambar 1.18 Single inline memory module (SIMM)Sumber: google.com

Berdasarkan jumlah pinnya RAM ada yang mempunyai 30 pin, 72 pin, dan 168 pin, sedangkan untuk kecepatannya sudah mencapai nanosecond. Kecepatan memori utama sangat rendah dibandingkan kecepatan prosesor modern. Untuk performa yang baik, prosesor tidak dapat membuang waktunya dengan menunggu untuk mengakses instruksi dan data pada memori utama. Karenanya sangat penting untuk memikirkan suatu skema yang mengurangi waktu dalam mengakses informasi. Karena kecepatan memori utama dibatasi oleh batasan elektronik dan packaging maka solusinya harus dicari pada sistem arsitektur yang berbeda.

Gambar 1.19 Tata letak cache memoriSumber: google.com

Solusi yang efisien adalah menggunakan memori cache cepat yang sebenarnya membuat memori utama tampak lebih cepat bagi prosesor daripada sebenarnya. Jenis memori ini adalah memori berkapasitas terbatas, berkecepatan tinggi yang lebih mahal dibanding memori utama. Cache memori terletak di antara memori utama dan register CPU, dan berfungsi agar CPU tidak langsung mengacu ke memori utama tetapi di cache memori yang kecepatan aksesnya lebih tinggi. Metode ini akan meningkatkan kinerja sistem.


Gambar 1.20 Organisasi cache memoriSumber: google.com

Buffer berkecepatan tinggi yang digunakan untuk menyimpan data yang diakses pada saat itu dan data yang berdekatan dalam memori utama. Waktu akses memori cache lebih cepat 5—10 kali dibandingkan memori utama. Dahulu cache disimpan di luar prosesor dan dapat ditambahkan. Untuk meningkatkan kinerja, saat ini cache ditanamkan di prosesor.

3. Karakteristik memori Sebelum menggunakan memori sebagai penyimpan informasi, perlu dimengerti tentang beberapa karakteristik dari memori tersebut. Memori yang digunakan untuk mendukung kinerja prosesor memiliki beberapa karakteristik yaitu lokasi, kapasitas, satuan transfer, metode akses, kinerja, tipe fisik, dan karakteristik fisik.a) Lokasi memori

Berdasarkan lokasinya memori dapat berlokasi di internal dan eksternal. Memori yang berada di dalam dapat diakses oleh prosesor tanpa melalui input output. Sebagai contoh register, cache memori, dan main memori. Untuk memori eksternal cara mengaksesnya harus melalui peralatan input output. Contohnya adalah hardisk, flashdisk, CDROM.

b) Kapasitas memoriKapasitas memori adalah kemampuan memori untuk menyimpan informasi dalam satuan tertentu. Satuan penyimpanan memori adalah byte atau word. Sebagaimana kita ketahui 1 byte adalah 8 bit, sedangkan untuk word bisa 8, 16, 32 bit, tergantung pada pembuat prosesornya.

c) Satuan transferSatuan transfer untuk memori internal adalah banyaknya bit yang dapat dibaca atau ditulis dari atau ke memori dalam setiap detik. Banyaknya bit tersebut setara dengan banyaknya jalur data yang terhubung ke memori (lebar bus). Biasanya sebanyak satu word tetapi dapat lebih banyak lagi seperti 32, 64, atau 128. Jika memori eksternal digunakan satuan block yang ukurannya lebih dari satu word. Untuk satuan alamat addressable unit adalah ukuran memori terkecil yang dapat diberi alamat tersendiri. Besarnya satuan alamat tergantung pembuat prosesor.


d) Metode aksesa. Sequential access, akses ke memori dilakukan secara berurutan (searching,

passing, rejecting). Menggunakan mekanisme shared read/write. Waktu akses sangat variabel, bergantung pada lokasi data yang akan dituju dan data sebelumnya. Contoh: Magnetic Tape.

b. Direct access, akses ke memori langsung menuju ke lokasi terdekat, diteruskan dengan sedikit pencarian dan perhitungan. Setiap blok/record mempunyai alamat unik berdasarkan lokasi fisik. Menggunakan mekanisme shared read/write. Waktu aksesnya variabel (berbeda-beda) dan bergantung pada lokasi data yang akan dituju dan lokasi data sebelumnya. Contoh: harddisk.

c. Random access, akses ke memori dilakukan secara random langsung ke alamat yang dituju. Setiap alamat memori mempunyai alamat unik. Waktu aksesnya konstan dan tidak bergantung pada urutan akses sebelumnya. Contoh: main memory, beberapa sistem cache.

d. Associative, pencarian data di memori dilakukan dengan membandingkan seluruh word secara bersamaan, tidak berdasarkan alamat. Waktu akses konstan dan tidak bergantung pada lokasi dan urutan akses sebelumnya. Contoh: cache memori.

e) Kinerja memoriWaktu akses (latency), waktu antara perintah akses (baca atau tulis) sampai didapatkannya data di MBR atau data dari MBR telah disalin ke lokasi memori tertentu. Waktu siklus memori, waktu dimulainya suatu operasi memori sampai memori siap melaksanakan operasi berikutnya akses ditambah waktu untuk perubahan sinyal jalur data sebelum akses kedua. Transfer rate, adalah waktu rata-rata perpindahan data. Untuk RAM adalah 1/waktu siklus, sedangkan untuk non-RAM adalah:TN = TA + N/RTN = Waktu rata-rata untuk baca/tulis sejumlah N bitTA = Rata-rata waktu aksesN = jumlah bitR = transfer rate ( bit per second)

f) Tipe fisikJika memori ditinjau dari jenis fisik maka memori dapat dikelompokkan menjadi 3, yaitu semikonduktor, magnetik, optik. Contoh untuk semikonduktor adalah RAM, Flashdisk, sedangkan untuk magnetik adalah hardisk, magnetik tape. Untuk yang optik adalah compact disc maupun digital video disk.

g) Karakteristik fisikBerdasarkan karakteristik fisik, memori dapat dibedakan menjadi 4 hal yaitu volatile, non-volatile, erasable, dan nonerasable. Volatile adalah data akan hilang jika sumber listrik dihilangkan, non-volatile tidak akan terpengaruh dengan hilangnya sumber listrik, data akan tetap tersimpan. Memori yang bersifat erasable adalah nilainya dapat dihapus seperti semikonduktor dan magnetik, sedangkan yang non-erasable nilainya tidak dapat dihapus seperti ROM.


Tabel 1.2 Karakteristik memori

Rangkuman

1. Mikroprosesor pertama kali diperkenalkan oleh Intel Corporation pada tahun 1971 berupa sebuah chip Intel 4004. Chip 4004 berupa LSI (Large Scale Integration) yang berisi rangkaian logika yang cukup besar, karena chip LSI mampu menggantikan ratusan rangkaian yang digunakan dalam sistem mikrokomputer.

2. Ada tiga model arsitektur mikroprosesor dilihat dari perangkat lunak dalam bentuk set instruksi sebagai software design. Ketiga jenis arsitektur mikroprosesor yaitu: (1) Complex Instruction Set Computer (CISC), (2) Reduce Instruction Set Computer (RISC), dan (3) Mikroprosesor Superskalar.

3. Memori merupakan sumber daya yang bersangkutan dengan ruang atau letak selain sebagai pengingat, memori juga bertindak selaku penyimpan (storage).


Uji KompetensiA. Pilihlah jawaban yang tepat!

1. Fungsi utama mikroprosesor yaitu, kecuali…a. Mengambil instruksi dan data dari memorib. Memindahkan data dari dan ke memoric. Mengirimkan sinyal kendali dan melayani sinyal interupsid. Mengatur pekerjan dari brainwaree. Mengerjakan fungsi-fungsi operasi logika dan aritmetika

2. Industri yang pertama kali memperkenalkan mikroprosesor yaitu…a. Motorolab. Intelc. Signeticd. Rokwelle. Toshiba

3. Chip yang berisi rangkaian logika yang cukup besar dan mampu menggantikan ratusan rangkaian yang digunakan dalam sistem mikro komputer konvensional disebut sebagai…a. Chip 4004b. Chip 8008c. Chip Z80d. Chip F8e. Chip Mostek 8048

4. Mikroprosesor generasi ketiga dengan tipe Z80 yang mampu menutup kekurangan dari intel 8080 baik dari segi kecepatan, jumlah instruksi dan kemudahan dalam operasionalnya pada tahun 1975 dikeluarkan oleh perusahaan yang bernama…a. Toshibab. Zilog Incc. Motorolad. Rokwelle. Signetic

5. Sebuah mikroprosesor akan bekerja sesuai algoritma program yang dimasukkan ke memori dalam bentuk…a. Bahasa pemrogramanb. Kode biner/bahasa mesinc. Kode mnemonicd. Kode beepe. Logika aritmetika

6. Model arsitektur mikroprosesor yang menyediakan kemampuan setiap instruksi dapat mengeksekusi operasi low-level, seperti men-load data dari memori, operasi aritmetika, dan melakukan prosedur penyimpanan ke memori disebut dengan…a. CISCb. RISCc. Mikroprosesor superskalard. Mikroprosesor miniskalare. Mikrokomputer


7. Berikut ini merupakan hal yang memengaruhi keterbatasan dalam pemakaiannya, kecuali…a. Kemampuan untuk memahami kerja sistemb. Kemampuan daya imajinasi perancang dan pemrogramanc. Daya beli yang rendahd. Kompatibilitas perangkat tambahane. Tersedianya sarana pendukung sistem

8. Mikroprosesor mampu digunakan secara luas dalam berbagai bidang, baik yang menyangkut penggunaan langsung dalam sebuah sistem komputer personal sampai komputer berikut ini, kecuali…a. PLCb. Printerc. Komputerd. Routere. Sepeda angin

9. Pemilihan mikroprosesor harus ditentukan dengan beberapa hal. Berikut ini yang bukan merupakan penentu dalam pemilihan mikroprosesor adalah…a. Persyaratan yang harus dipenuhi oleh sistem yang digunakanb. Jumlah dan jenis komponen yang dipergunakan data teknis dalam perencanaanc. Harga jual yang ada di pasarand. Kompatibilitas perangkat penghubung/tambahane. Ada tidaknya modifikasi yang akan dilakukan terhadap sistem di kemudian hari

10. Tugas bus control adalah…a. Menandakan isyarat untuk membacab. Menandakan isyarat untuk menulisc. Peemilihan memorid. Intrupsie. Semua benar

11. Ukuran bus alamat menentukan berapa kapasitas memori yang ada, misalnya ukuran bus alamat 16 bit (16 jalur alamat) akan mampu mengalamati sebanyak…a. 21b. 162c. 212d. 216e. 322

12. Bagian yang digunakan oleh mikroprosesor untuk mengirim informasi alamat memori atau port I/O adalah…a. Bus datab. Bus addressc. Bus controld. Bus systeme. Bus instruction register

13. Bagian yang berfungsi untuk menerjemahkan kode-kode biner tertentu yang masuk melalui data bus diubah menjadi instruksi-instruksi yang dapat dimengerti dan dapat diolah pada unit pengolah pusat (CPU) disebut dengan…a. ALU


b. Register Unitc. Instruction Registerd. Control Unite. Bus

14. Bagian sistem mikroprosesor yang bertugas mengatur pengendalian dan proses alih data yang terjadi dalam sistem mikroprosesor disebut dengan…a. Busb. ALUc. Registerd. Port I/Oe. CPU

15. Pada komputer mikro Mikroprosesor mampu berkomunikasi dengan memori dan port I/O juga menggunakan saluran yang disebut dengan bus. Jenis bus tersebut di antaranya…a. Bus nirkabel, bus peripheral, bus kontrolb. Bus jaringan, bus alamat, bus datac. Bus kendali, bus proses, bus I/Od. Bus data, bus alamat, bus kendalie. Bus input, bus proses, bus output

B. Jawaban SingkatJawablah pertanyaan berikut ini dengan singkat dan jelas!1. Chip 4004 memiliki … perintah (instruction) dan mampu memuat data sebanyak … bit.

2. Terdapat beberapa perusahaan yang terinspirasi dengan intel 8080 dengan versi yang lebih cepat dan instruksi yang lebih banyak, yaitu Motorola dengan tipe …, Signetic dengan tipe …, Rokwell dengan…

3. Chip MC6800 sangat populer karena menggunakan catu daya +5V, dibanding 8080 dengan catu daya …, …, …, dan …

4. Terdapat tiga model arsitektur mikroprosesor dilihat dari perangkat lunak dalam bentuk set instruksi sebagai software design, yaitu …, …, dan …

5. Arsitektur yang menekankan kepada kesederhanaan instruksi “bekerja sedikit” tetapi tetap memberikan hasil performansi yang tinggi adalah…

6. Salah satu ciri-ciri arsitektur RSIC adalah tidak adanya operasi yang menggabungkan operasi Load/Store dengan…

7. Mikroprosesor dengan arsitektur superskalar adalah mikroprosesor yang menggunakan instruksi-instruksi biasa seperti …, …, …, …,

8. Mikrokomputer adalah suatu sistem mikroprosesor, yang minimum terdiri dari chip mikroprosesor yang berisi …, …, …, …

9. Untuk mempermudah serta menyederhanakan dalam pengaturan maupun penyambungan pada perangkat pendukung mikroprosesor maka pengalamatannya menggunakan sistem bilangan…

10. Bagian IC mikroprosesor yang bekerja melaksanakan operasi aritmetika dan operasi logika disebut juga dengan…


C. UraianJawablah dengan jelas pertanyaan-pertanyaan berikut ini!1. Uraikan perkembangan mikroprosesor generasi ke tiga?

2. Jelaskan kerugian dan keuntungan menggunakan mikroprosesor?

3. Jelaskan keunggulan dan kelemahan teknologi NMOS dan CMOS untuk mikroprosesor?

4. Jelaskan keuntungan dan kerugian antara teknologi bipolar dan unipolar?

5. Sebutkan dan jelaskan aplikasi-aplikasi penggunaan mikroprosesor?

mikroprosesor dan mikrokontroller · (rancang bangun) yang berhubungan dengan mikroprosesor dengan...

Documents