HalamanJudul Diktat MK Mikroprosesor dan Antarmuka
Disusun oleh : Raditiana Patmasari Inung Wijayanto Ramdhan Nugraha
Fakultas Teknik Elektro Universitas Telkom Bandung 2014
Halaman Pengesahan
Diktat Mata Kuliah Mikroprosesor dan Antarmuka
Diktat Mata Kuliah Mikroprosesor dan Antarmuka telah selesai disusun dan telah disahkan untuk segera dapat digunakan
Bandung,
Oktober 2014
Prakata Mata kuliah Mikroprosesor dan Antarmuka adalah mata kuliah wajib pada Fakultas Teknik Elektro, yang ditempuh mahasiswa pada semester 4. Pada Kurikulum 2012 tergolong pada kelompok mata kuliah MKB ( Matakuliah Keahlian berkarya ), yang merupakan kelompok bahan kajian dan pelajaran yang bertujuan menghasilkan tenaga ahli dengan kekaryaan berdasarkan dasar ilmu dan ketrampilan yang dikuasai. Berdasarkan silabus yang telah disusun, kompetensi yang ingin dicapai dari matakuliah ini adalah mahasiswa mengetahui proses yang terjadi didalam mikroprosesor bila suatu instruksi dijalankan, baik aliran data antara mikroprosesor, memori dan I/O, perpindahan data antar register, proses aritmatik dan logika. Mahasiswa mampu merancang sistem mikroprosesor untuk keperluan sederhana, baik perangkat lunak maupun perangkat kerasnya, pemilihan antarmuka yang sesuai serta interkoneksinya. Mahasiswa mempunyai wawasan mengenai perkembangan mikroprosesor dan sistemnya sampai saat ini serta aplikasinya. Susunan materi pada diktat ini meliputi review konsep bilangan, pengenalan mikroprosesor, arsitektur Mikroprosesor 8088, struktur memori, set instruksi pada Mikroprosesor 8088, komponen penunjang antarmuka Mikroprosesor 8088, antarmuka denga memori, antarmuka dengan perangkat I/O, dan interrupt. Diharapkan melalui Diktat Ajar Mikroprosesor dan Antarmuka, mahasiswa dapat terbantu dalam memahami dan mempelajari matakuliah ini sesuai dengan silabus dan kompetensi yang telah ditetapkan. Tentunya masih banyak kekurangan dalam penyusunan diktat, kami mohon maaf sebesar-besarnya dan semoga dapat memberikan manfaat untuk perkuliahan Mikroprosesor dan Antarmuka.
Bandung,
Oktober 2014
Tim Penyusun
Daftar Isi HalamanJudul ................................................................................................................................. 1 Halaman Pengesahan ...................................................................................................................... 3 Prakata............................................................................................................................................. 4 Daftar Isi ......................................................................................................................................... 5 Bab I ................................................................................................................................................ 9 Sistem Bilangan .............................................................................................................................. 9 1.
Sistem Bilangan Puluhan ..................................................................................................... 9
2.
Bilangan Biner, Oktal dan Heksadesimal .......................................................................... 11
3.
2.1.
Bilangan Biner ............................................................................................................ 11
2.2.
Bilangan Oktal ............................................................................................................ 14
2.3.
Bilangan Heksadesimal .............................................................................................. 15
Konversi Bilangan ............................................................................................................. 17 3.1.
Konversi Desimal Biner ......................................................................................... 17
3.2.
Konversi BinerOktal dan Heksadesimal ................................................................. 19
3.3.
Konversi Desimal Oktal dan Heksadesimal. ......................................................... 20
Bab II ............................................................................................................................................ 22 Pengenalan Mikroprosesor............................................................................................................ 22 1.
Organisasi Komputer ......................................................................................................... 22 1.1.
Sistem Mikroprosesor ................................................................................................. 23
1.2.
Sistem Memori ........................................................................................................... 23
1.3.
Sistem Input Output .................................................................................................... 24
1.4.
Sistem bus ................................................................................................................... 24
2.
Interaksi Mikroprosesor dan Memori ................................................................................ 25
3.
Proses Kerja Instruksi ........................................................................................................ 26
Bab III ........................................................................................................................................... 27 Mikroprosesor Intel 8088 .............................................................................................................. 27 1.
2.
Model Arsitektur Mikroprosesor 8088/8086 ..................................................................... 27 1.1.
EU ( Execution Unit ) ................................................................................................. 29
1.2.
BIU ( Bus Interface Unit ) .......................................................................................... 29
Register .............................................................................................................................. 30
Bab IV ........................................................................................................................................... 35 Struktur Memori............................................................................................................................ 35 1.
Peta Memori dan Pengalamatannya ................................................................................... 35
2.
Segmentasi ......................................................................................................................... 36
3.
Alamat Fisik ....................................................................................................................... 38
Bab V ............................................................................................................................................ 40 Pengenalan Instruksi ..................................................................................................................... 40 1.
Proses Kerja (Bagaimana uP8088 mengerjakan instruksi) ................................................ 41
2.
Jenis Instruksi..................................................................................................................... 43 2.1.
Transfer Data .............................................................................................................. 43
2.2.
Aritmatika ................................................................................................................... 44
2.3.
Manipulasi bit ............................................................................................................. 44
2.4.
Instruksi String ........................................................................................................... 45
2.5.
Transfer Program ........................................................................................................ 45
2.6.
Kontrol Prosesor ......................................................................................................... 46
3.
Mode Pengalamatan ........................................................................................................... 46
4.
Instruksi MOV ................................................................................................................... 47
5.
Instruksi PUSH & POP ...................................................................................................... 50 5.1.
6.
7.
Stack ........................................................................................................................... 50
8086/8088 Instruction Set Summary ................................................................................. 54 6.1.
Data Transfer .............................................................................................................. 54
6.2.
Arithmetic ................................................................................................................... 55
6.3.
Logic ........................................................................................................................... 56
6.4.
Control Transfer ......................................................................................................... 56
Encoding Instruksi Mesin .................................................................................................. 59
Bab VI ........................................................................................................................................... 62 Komponen Penunjang Antarmuka 8088 ....................................................................................... 62 1.
Decoder .............................................................................................................................. 63
2.
Three State Buffer .............................................................................................................. 63
Bab VII.......................................................................................................................................... 65 Interface 8088 dan Memori ........................................................................................................... 65 1.
Pengenalan Hubungan Mikroprosesor 8088 dan Memori ................................................. 65
1.1.
Hubungan Pin Memori ............................................................................................... 67
1.2.
ROM Memori ............................................................................................................. 65
1.3.
RAM Memori ............................................................................................................ 66
2.
Interfacing memori pada Mikroprosesor 8088 .................................................................. 70
3.
Timing Diagram ................................................................................................................. 76
Bab VIII ........................................................................................................................................ 80 Interface 8088 dan I/O .................................................................................................................. 80 1.
2.
Pengenalan Perangkat IO ................................................................................................... 80 1.1.
Interface Input Utama ................................................................................................. 80
1.2.
Interface Output Utama .............................................................................................. 81
1.3.
Handshaking ............................................................................................................... 81
Jenis-jenis Pemetaan Perangkat IO .................................................................................... 82 2.1.
Berdasarkan port / nomor port yang digunakan ......................................................... 82
2.2.
Berdasarkan peta alamatnya ....................................................................................... 83 Memory-mapped I/O ...................................................................................................... 83
3.
PPI 8255 ............................................................................................................................. 86 3.1.
4.
5.
Blok Diagram dan Port-Port pada PPI 8255. .............................................................. 86
Antarmuka PPI 8255 dan I/O (Switch,LED, 7 seg) ........................................................... 95 4.1.
Antarmuka Masukan Dasar ........................................................................................ 95
4.2.
Antarmuka Keluaran Dasar ........................................................................................ 96
Pemrograman pada PPI 8255 ............................................................................................. 98
Bab IX ......................................................................................................................................... 100 Interupsi ...................................................................................................................................... 100 1.
Jenis-jenis Interupsi ......................................................................................................... 100
2.
Interrupt Vector ................................................................................................................ 104
3.
Interrupt Service Routine ................................................................................................. 104
4.
Emulator 8086 : Eksekusi program Interrupt.................................................................. 105
5.
Interupsi BIOS dan DOS ................................................................................................. 107 5.1.
Sistem DOS .............................................................................................................. 107
5.2.
Pengaturan Memori .................................................................................................. 107
5.3.
Pengaturan I/O dan Perangkat .................................................................................. 108
5.4.
Pemrograman DOS ................................................................................................... 108
5.5.
Program-program DOS............................................................................................. 111
DaftarPustaka .............................................................................................................................. 113
Bab I Sistem Bilangan Bilangan dalam kamus besar bahasa indonesia diartikan sebagai satuan dalam sistem matematis yang abstrak dan dapat diunitkan, ditambah atau dikalikan. Sistem bilangan adalah sebuah cara yang digunakan untuk mewakili besaran dari sebuah item fisik. Banyak sistem bilangan yang biasa digunakan dalam perhitungan matematis, beberapa diantaranya sudah jarang dipakai bahkan tidak dipakai lagi sama sekali dan ada pula sistem bilangan yang hanya dipakai pada hal-hal tertentu saja. Seperti bilangan limaan (quinary) dahulu dipergunakan oleh orang Eskimo dan orang Indian di Amerika Utara. Sistem bilangan Romawi yang dahulu sangat umum dipakai, kini hanya terbatas pada pemberian nomor urut seperti I untuk pertama, II untuk kedua, dst. Sistem bilangan yang banyak dipergunakan oleh manusia adalah sistem bilangan desimal, yaitu sistem bilangan yang menggunakan sepuluh macam simbol untuk mewakili suatu besaran. Sistem ini banyak digunakan karena manusia mempunyai sepuluh jari untuk dapat membantu perhitungan. Lain halnya dengan komputer, komputer menggunakan komponen-komponen digital yang bersifat saklar (switch). Logika di komputer diwakili oleh dua bentuk keadaan, yaitu tidak ada arus (off) dan ada arus (on). Melihat sifat tersebut, sistem bilangan yang sesuai adalah sistem bilangan biner. Kesederhanaan perubahan nilai bilangan biner ke bilangan oktal atau heksadesimal membuat bilangan oktal dan heksadesimal juga sering digunakan di dalam dunia komputer. 1. Sistem Bilangan Puluhan Sistem bilangan puluhan atau sering disebut sistem bilangan desimal adalah sistem bilangan yang biasa digunakan oleh manusia sehari hari. Sistem bilangan ini tersusun oleh sepuluh buah simbol yang mempunyai nilai berbeda satu sama lain yaitu: ‘0’, ‘1’, ‘2’, ‘3’, ‘4’, ‘5’, ‘6’, ‘7’, ‘8’, ‘9’. Dasar/basis/akar (base, radix) dari sistem bilangan ini adalah 10. Nilai yang terkandung di dalam setiap simbil disebut nilai mutlak (absolute value). Bentuk nilai ini dapat berupa integer, desimal atau pecahan. Nilai yang terkandung oleh setiap angka di dalam suatu bilangan ditentukan oleh peletakan angka tersebut didalam deretan disamping oleh nilai mutlaknya (positional value system). Angka yang berada paling kanan dari suatu bilangan bulat tanpa
bagian pecahan disebut berada pada letak ke 0 dan yang di sebelah kirinya adalah letak ke 1, ke 2 dan seterusnya sampai dengan (n-1). Nilai letak dari kedudukan ke 0 adalah terkecil, yaitu 100 = 1, nilai letak kedudukan ke 2 101 = 10; 102 = 100 dan seterusnya sampai dengan letak kedudukan 𝑛 − 1 adalah 10𝑛−1 . Untuk bilangan yang mengandung bagian pecahan, bagian bulat dan pecahannya dipisahkan oleh tanda koma (tanda titik di Inggris, Amerika, dll). Angka di kanan tanda koma puluhan (decimal point) disebut pada kedudukan negatif, yaitu letak kedudukan ke -1, ke -2 dan seterusnya dan nilai letaknya adalah 10−1 , 10−2 , … , 10−𝑚 , untuk kedudukan ke (−𝑚) di kanan koma puluhan Nilai yang diberikan oleh suatu angka pada suatu bilangan adalah hasil kali dari pada nilai mutlak dan nilai letaknya. Jadi, nilai yang diberikan oleh angka 3 pada bilangan 1234,567adalah 3× 101 = 30 dan yang diberikan oleh angka 6 adalah 6 × 10−2 = 0.06 Secara umum, suatu bilangan puluhan yang terdiri atas 𝑛 angka di kiri tanda koma dan 𝑚 angka di kanan tanda koma dapat dinyatakan kedalam bentuk:
N an1an2 ...a2 a1a0 , a1a2 ...am
(1.1)
Bentuk umum penentuan harga dari bilangan puluhan dapat dinyatakan dalam bentuk: N a n 110 n 1 a n 2 10 n 2 ... a1101 a 0 10 0 a 110 1 ... a 110 1 a 2 10 2 ... a m 10 m
(1.2)
Contoh: Bilangan 1234 dapat diartikan: Absolute Operasi Value 1 2 3 4 Jumlah
x x x x
Position Value/Place Value 103 102 101 100
Hasil 1000 200 30 4 1234
Absolute value merupakan nilai untuk masing-masing digit bilangan. Position value adalah merupakan penimbang atau bobot dari masing-masing digit tergantung dari letak posisinya, yaitu nernilai basis dipangkatkan dengan urutan posisinya. Untuk bilangan pecahan desimal dapat dilihat dari contoh berikut:
Contoh: Bilangan 1234,567 dapat diartikan: Absolute Value 1 2 3 4 5 6 7 Jumlah
Operasi x x x x x x x
Position Value/Place Value 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3
Hasil 1000 200 30 4 0,5 0,06 0,007 1234,567
2. Bilangan Biner, Oktal dan Heksadesimal Semua sistem digital bekerja dengan menggunakan sistem bilangan biner. Sehingga dengan kata lain sistem bilangan biner merupakan sistem bilangan yang paling penting dalam sistem digital. Selain sistem bilangan biner, sistem yang sering dipakai dalam pengkodean instruksi oleh sistem digital adalah sistem bilangan oktal dan heksadesimal. Harga dalam puluhan (desimal) yang dinyatakan oleh suatu bilangan biner, oktal, heksadesimal atau yang lainnya yang bukan desimal dapat dihitung dengan menggunakan:
an1an2 ...a1a0 a1a2 ...am an1 R n1 an2 R n2 ... a1 R1a0 R 0 a1 R 1 ... am R m (1.3) a n 1
= Angka paling kiri
R
= Angka Dasar dari sistem bilangan
n
= Cacah angka yang menunjukan bilangan bulat
m
= Cacah angka yang menunjukan bilangan pecahan
2.1. Bilangan Biner Sistem bilangan biner mempunyai hanya dua buah simbol angka, yaitu 0 dan 1. Dasar dari sistem bilangan ini adalah dua. Harga yang ditunjukkan oleh bilangan biner dalam puluhan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 1.2 di atas dengan memasukkan R=2 ke dalamnya. Harga bilangan biner 110,10 adalah 1 2 2 1 21 0 2 0 1 2 1 0 2 2 6,5
Untuk membedakan penggunaan suatu bilangan kita harus mencantumkan dasar bilangan yang digunakan.Sebagai contoh, untuk penulisan bilangan biner dapat dilakukan dengan menambahakn angka ‘2’ di belakang deretan bilangan.
(110)2 atau 11012
2.1.1. Operasi Aritmatika pada Bilangan Biner a. Penjumlahan Dasar penjumlahan bilangan biner adalah: Tabel 1 tabel penjumlahan bilangan biner Penjumlahan Hasil Biner 0+0 0 0+1 1 1+0 1 1+1 0
Keterangan
Terdapat carry of 1
Pada penjumlahan 1 + 1 terdapat carry of sebesar 1. Jika di dalam bilangan desimal, 1+1=2, karena di dalam bilangan biner, nilai terbesarnya adalah 1, maka harus dikurangi dengan 2 (basis). Contoh: Carry of 1 11 1110 1010 + 11000
b. Pengurangan Pengurangan bilangan biner dilakukan dengan cara yang sama dengan pengurangan bilangan desimal. Dasar pengurangan untuk masing-masing digit bilangan biner adalah: Tabel 2 tabel pengurangan bilangan biner Pengurangan Hasil Biner 0–0 0 1–0 1 1–1 0 0–1 1
Keterangan
Dengan borrow of 1
Contoh: Borrow of 11 11011 1101 1110
c. Perkalian Perkalian bilangan biner dilakukan dengan cara yang sama dengan cara perkalian pada bilangandesimal. Dasar perkalian untuk bilangan biner adalah: Tabel 3 tabel perkalian bilangan biner Perkalian Biner 0x0 1x0 1x1 0x1
Hasil 0 0 0 1
Contoh: 110 101 x 110 000 110 + 11110
d. Pembagian Pembagian bilangan biner dilakukan dengan cara yang sama dengan bilangan desimal. Pembagian biner 0 tidak mampunyai arti. Dasar pembagian untuk bilangan biner adalah Tabel 4 tabel pembagian bilangan biner
Contoh: 11001 101 1111101 101 101 101 0101 1010
Pembagian Biner
Hasil
0÷1
0
1÷1
1
2.2. Bilangan Oktal Dasar dari bilangan oktal adalah delapan, oleh karena itu bilangan oktal mempunyai delapan simbol angka yaitu: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Harga desimal yang dinyatakan oleh sebuah bilangan oktal diperoleh dengan memasukan R=8 kedalam persamaan 1.3.
(123,4) 8 1 8 2 2 81 3 80 4 8 1 (83,125)10
2.2.1. Operasi Aritmatika pada Bilangan Oktal a. Penjumlahan Langkah-langkah penjumlahan octal : -
Tambahkan masing-masing kolom seperti penjumlahan secara desimal.
-
Yang perlu diingat adalah nilai maksimal bilangan oktal adalah 7.
-
Jika hasil penjumlahan lebih dari 7 maka akan menghasilkan carry of untuk penjumlahan kolom selanjutnya.
Contoh: 11 55 126 + 203
Carry of
b. Pengurangan Pengurangan bilanganoktal dapat dilaukan secara sama dengan pengurangan bilangan desimal. Contoh: 11 154 127 25
Borrow of
c. Perkalian Langkah langkah perkalian bilangan oktal: -
kalikan masing-masing kolom secara desimal
-
rubah dari hasil desimal ke octal
-
tuliskan hasil dari digit paling kanan dari hasil octal
-
kalau hasil perkalian tiap kolol terdiri dari 2 digit, maka digit paling kiri merupakan carry of untuk ditambahkan pada hasil perkalian kolom selanjutnya.
Contoh:
110x610=610=68 110x110=110=18
16 14 x 70 16 + 250
410x610=2410=308 410x110x310=710=78
d. Pembagian Pembagian bilangan oktal dapat dilakukan dengan prinsip yang sama dengan pembagian bilangan desimal Contoh:
14
16 250 14 110 110 0
2.3. Bilangan Heksadesimal Sistem bilangan desimal menggunakan 16 macam simbol bilangan berbasis 16 digit angka yaitu: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, A, B, C , D, E , F dimana A=10, B=11, C=12, D=13, E=14 dan F=15.
Position value system bilangan desimal adalah perpangkatan dari nilai 16. Contoh:
C7(16) ....(10)
7 160 7 C 161 192 7 192 199 Jadi hasilnya adalah 199(10) 2.3.1. Operasi Aritmatika Pada Bilangan Heksadesimal a. Penjumlahan Penjumlahan bilangan heksadesimal dapat dilakukan secara sama dengan penjumlahan bilangan octal, dengan langkah-langkah sebagai berikut :
Langkah-langkah penjumlahan heksadesimal :
tambahkan masing-masing kolom secara desimal
rubah dari hasil desimal ke heksadesimal
tuliskan hasil dari digit paling kanan dari hasil heksadesimal
kalau hasil penjumlahan tiap-tiap kolom terdiri dari dua digit, maka digit paling kiri merupakan carry of untuk penjumlahan kolom selanjutnya.
Contoh:
BAD 431 FDE
+
D16+116=1310+110=E16 A16+316=1010+310=D16 B16+416=1110+410=F16
b. Pengurangan Pengurangan bilangan heksadesimal dapat dilakukan secara sama dengan pengurangan bilangan desimal. Contoh:
12E1 627 CBA
16 10 (pinjam) + 1 10 - 710 = 10 10 = A 16 14 10 - 7 10 - - 1 10 (dipinjam) = 11 10 =B 16 1610 (pinjam) + 2 10 - 610 = 12 10 = C 16 1 10 – 1 10 (dipinjam) 0 10 = 0 16
c. Perkalian Langkah – langkah :
kalikan masing-masing kolom secara desimal
rubah dari hasil desimal ke octal
tuliskan hasil dari digit paling kanan dari hasil octal
kalau hasil perkalian tiap kolol terdiri dari 2 digit, maka digit paling kiri merupakan carry of untuk ditambahkan pada hasil perkalian kolom selanjutnya.
Contoh:
C16x116=1210x110=1210=C16 A16x116=1010x110=1010=A 16
AC 1B x 764 AC + 1224
C16xB16=1210x1110=8416 A16xB16+816=1010x1110+810=7616
d. Pembagian Pembagian bilangan heksadesimal dapat dilakukan dengan prinsip yang sama dengan pembagian bilangan desimal Contoh: AC 1B 1214 10E - 1B16xA16 = 2710x1010=27010= 10E16 144 144 1B 16 x C16 = 2710 x 10 10 = 3240 10=14416 0
3. Konversi Bilangan
Konversi bilangan desimal ke sistem biner diperlukan dalam menerjemahkan keinginan manusia kedalam kode-kode yang dikenal oleh sistem digital, terutama komputer digital. Konversi dari biner ke desimal diperlukan untuk menterjemahkan kode hasil pengolahan sistem digital ke informasi yang dikenal oleh manusia. Pengubahan (konversi) dari biner ke oktal dan heksadesimal dan sebaliknya merupakan pengantara konversi dari/ke biner ke/dari desimal. Konversi ini banyak dilakukan karena disamping cacah angka biner yang disebut juga "bit", singkatan dari "binary digit", jauh lebih besar dibandingkan dengan angka-angka pada sistem oktal dan heksadesimal, juga karena konversi itu sangat mudah. Konversi sebaliknya akan diterangkan dalam sub-sub bab berikut ini. 3.1. Konversi Desimal Biner
Kalau kita perhatikan konversi dari biner ke desimal dengan memakai pers.(1.3), maka dapat dilihat bahwa untuk bagian bulat (di kiri tanda koma) kita peroleh dengan melakukan perkalian dengan 2 setiap kita bergerak ke kiri. Untuk bagian pecahan, kita melakukan pembagian dengan
2 setiap kita bergerak ke kanan. Untuk melakukan konversi dari desimal ke biner kita melakukan sebaliknya, yaitu untuk bagian bulat bilangan desimal kita bagi dengan 2 secara berturut-turut dan sisa pembagian pertama sampai yang terakhir merupakan angka-angka biner paling kanan ke paling kiri. Untuk bagian pecahan, bilangan desimal dikalikan 2 secara berturut-turut dan angka di kiri koma desimal hasil setiap perkalian merupakan angka biner yang dicari, berturut-turut dari kiri ke kanan.
Contoh 1: Tentukanlah bilangan biner yang berharga sama dengan bilangan desimal 118. Solusi: Pembagian secara berturut-turut akan menghasilkan: 118 : 2 = 59 sisa 0
7 : 2 = 3 sisa 1
59 : 2 = 29 sisa 1
3 : 2 = 1 sisa 1
29 : 2 = 14 sisa 1
1 : 2 = 0 sisa 1
14 : 2 = 7 sisa 0
0 : 2 = 0 sisa 0
Jadi 118(10)=01110110(2) Perhatikan bahwa walaupun pembagian diteruskan, hasil berikutnya akantetap 0 dan sisanya juga tetap 0. Ini benar karena penambahan angka 0 di kiri bilangantidakmengubahharganya. Contoh 2. Tentukanlah bilangan biner yang berharga sama dengan bilangan desimal 0,8125. Solusi Pengalian secara berturut-turut akan menghasilkan : 0.8125 x 2 = 1,625
0,500 x 2 = 1,000
0,625 x 2 = 1,250
0,000 x 2 = 0,000
0,250 x 2 = 0,500 Jadi, 0,8125(10) = 0,11010(2) Perhatikan bahwa angka-angka biner yang dicari adalah angka yang di kiri tanda koma, dan yang paling kiri dalam bilangan biner adalah angka di kiri koma hasil perkalian pertama. Juga
perhatikan bahwa walaupun pengalian diteruskan hasil perkalian akan tetap 0 dan ini benar karena penambahan angka 0 ke kanan tidak akan mengubah harganya. Contoh 3. Ubahlah bilangan desimal 457,65 ke bilangan biner. Solusi Untuk melakukan konversi ini, dilakukan pembagian untuk bagian bulatnya dan pengalian untuk bagian pecahannya seperti yang dilakukan pada kedua contoh sebelumnya, dengan hasil sebagai berikut ini: 457 : 2 sisa 1
0,65 x 2 = 1,3
228 : 2 sisa 0
0,30 x 2 = 0,6
114 : 2 sisa 0
0,60 x 2 = 1,2
57
: 2 sisa 1
0,20 x 2 = 0,4
28
: 2 sisa 0
0,40 x 2 = 0,8
14
: 2 sisa 0
0,80 x 2 = 1,6
7
: 2 sisa 1
0,60 x 2 = 1,2
3
: 2 sisa 1
0,20 x 2 = 0,4
1
: 2 sisa 1
0,40 x 2 = 0,8 0,80 x 2 = 1,6
Jadi 457,65(10)=111001001,1010011001 … (2) Dari contoh terakhir ini dapat dilihat bahwa untuk bagian pecahan, pengalian dengan 2 akan berulang-ulang menghasilkan deretan 1,6; 1,2; 0,4; 0,8 yang berarti bahwa deretan angka biner 11001100 akan berulang terus. Ini berarti bahwa ada bilangan pecahan puluhan yang tak dapat disajikan dalam biner dengan ketelitian 100 %. Kesalahan atau ralat konversi itu semakin kecil bila cacah angka biner (bit) yang dipergunakan lebih besar. Bagaimanapun juga, cacah bit dalam setiap sistem digital sudah tertentu
3.2. Konversi BinerOktal dan Heksadesimal
Kemudahan konversi biner-oktal-heksadesimal secara timbal balik terletak pada kenyataan bahwa 3 bit tepat dapat menyatakan angka terbesar dalam oktal, yaitu 7, dan 4 bit tepat dapat menyatakan angka terbesar dalam heksadesimal, yaitu F=15(10). Ini berarti bahwa untuk
mengubah bilangan biner ke oktal, bilangan biner dapat dikelompokkan atas 3 bit setiap kelompok dan untuk mengubah biner ke heksadesimal, bilangan biner dikelompokkan atas 4 bit setiap kelompok. Pengelompokan harus dimulai dari kanan bergerak ke kiri. Sebagai contoh, untuk memperoleh setara dalam oktal dan heksadesimal, bilangan biner 1011001111 dapat dikelompokkan sebagai berikut: 1 011 001 111 Desimal 1 3
1
7
Oktal
10 1100 1111 Desimal 2
C
F
Heksadesimal
Konversi sebaliknya, dari oktal dan heksadesimal ke biner juga dapat dilakukan dengan mudah dengan menggantikan setiap angka dalam oktal dan heksadesimal dengan setaranya dalam biner. Contoh 1 3456(8)=011 100 101 110(2) 72E(16)=0111 0010 11110(2) Dari contoh ini dapat dilihat bahwa konversi dari oktal ke heksadesimal dan sebaliknya akan lebih mudah dilakukan dengan mengubahnya terlebih dahulu ke biner. Contoh 2 3257(8) = 011 010 101 111(2) 0110 1010 1111(2) = 6AF(16) Perhatikan bahwa bilangan biner dalam konversi oktal biner dan konversi biner-heksadesimal hanyalah berbeda dalam pengelompokannya saja. 3.3. Konversi Desimal Oktal dan Heksadesimal.
Konversi desimal ke oktal dan desimal ke heksadesimal dapat dilakukan dengan melakukan pembagian berulang-ulang untuk bagian bulat dan perkalianberulang-ulang untuk bagian pecahan seperti yang dilakukan pada konversi desimal-binerdi bagian depan. Sebenarnya cara ini berlaku untuk semua dasarsistem bilangan. Contoh
Konversi untuk 205,05(10) Oktal
Heksadesimal
205
:
8 = 25
sisa 5
205
:
16 = 12
sisa 13 = D
25
:
8 = 3
sisa 1
12
:
16 = 12
sisa 12 = C
3
:
8 = 0
sisa 3
0,05 x 8 = 0,4
0,05 x 16 = 0,8
0,40 x 8 = 3,2
0,80 x 16 = 12,8 = C
0,20 x 8 = 1,6
0,80 x 16 = 12,8 = C
0,60 x 8 = 4,8 0,80 x 8 = 6,4 0,40 x 8 = 3,2 0,20 x 8 = 1,6 Jadi 205,05(10) = 315,031463146…(8) = CD,0CCCC…(10)
Bab II Pengenalan Mikroprosesor Pada bab ini akan dikenalkan tentang dasar mikroprosesor yang meliputi penjelasan mengenai organisasi komputer, arsitektur dasar mikroprosesor beserta fungsinya, interaksi mikroprosesor dengan memori, dan proses kerja eksekusi instruksi oleh mikroprosesor. Untuk menjelaskan beberapa hal tersebut akan dilengkapi dengan gambar blok-blok diagram mikroprosesor. 1. Organisasi Komputer Sistem komputer telah banyak mengalami perubahan. Semula mesin dengan area yang luas telah diubah menjadi sistem komputer desktop kecil karena mikroprosesor. Gambar dibawah ini menunjukkan struktur sistem komputer berbasis mikroprosesor. Sistem dibawah ini juga berlaku untuk sistem komputer dari generasi awal sampai ke generasi terbaru. Buses
Memory system
Dynamic RAM (DRAM) Static RAM (SRAM) Cache Read-Only (ROM) Flash memory EEPROM
microprocessor
I/O system
8086 8088 80186 80188 80286 80386 80486 Pentium Pentium Pro
Printer Serial communications Floppy disk drive Hard disk drive Mouse CD-ROM drive Plotter Keyboard Monitor Tape backup Scanner
Gambar 1 Struktur Sistem Komputer Pribadi berbasis Mikroprosesor
Blok diagram diatas terdiri dari 3 komponen yaitu mikroprosesor, memori dan sistem perangkat input output, yang saling terkoneksi dengan jalur-jalur bus ( sebuah bus terdiri dari
beberapa koneksi yang membawa satu jenis informasi, misalnya address bus yang berisi 20 atau lebih koneksi untuk membawa alamat ke memori ). 1.1. Sistem Mikroprosesor Sistem mikroprosesor adalah sistem mikroelektronika yang menggunakan mikroprosesor sebagai unit pemroses sentralnya. Sedangkan mikroprosesor adalah suatu komponen LSI (Large Scale Integration) yang melaksanakan hampir semua fungsi sebuah prosesor tradisional (fungsi pemrosesan) pada sebuah serpih, layaknya prosesor atau yang sering disebut dengan istilah CPU (Central Processing Unit) pada komputer-komputer generasi sekarang. Fungsi dasar CPU atau prosesor, yaitu : 1. Dapat mengenali lokasi memori tempat instruksi atau data berada 2. Melakukan proses pengambilan instruksi atau data 3. Dapat menyimpan sementara instruksi atau data sampai instruksi dan data tersbut dieksekusi 4. Mengenali, mengerti, dan dapat menterjemahkan setiap instruksi 5. Dapat mengeksekusi instruksi 6. Dapat mengkoordinasikan semua proses sehingga dilakukan dalam urutan langkah yang benar 7. Mengulangi semua urutan proses selama masih ada instruksi yang harus dieksekusi. Untuk melakukan beberapa buah fungsi dasar tersebut, sebuah prosesor dibangung dengan komponen-komponen dasar, yaitu ALU (Arithmetic Logic Unit), sistem bus internal, Control Unit (CU), dan beberapa buah register internal. 1.2. Sistem Memori Ada 2 jenis memori, yaitu : 1. Memori internal prosesor, adalah jenis memori yang terdapat di dalam prosesor yang merupakan sekumpulan register berkecepatan tinggi berfungsi sebagai tempat penyimpanan sementara dari instruksi dan data selama proses didalam prosesor 2. Memori utama atau memori primer, merupakan jenis memori dengan kecepatan relatif tinggi untuk menyimpan instruksi dan data selama operaso komputer. Pada memori utama ini instruksi dan data akan disimpan dalam suatu lokasi dengan
alamat tertentu yang dapat dikenali dan dapat diakses secara langsung dan cepat oleh set instruksi dari prosesor. 1.3. Sistem Input Output Merupakan suatu unit perantara yang memungkinkan suatu sistem mikroprosesor dapat berkomunikasi atau saling mengirim informasi dengan dunia luar. Unit input berfungsi untuk menyediakan datan atau informasi yang akan diolah bagi ALU atau memori. Perangkat input dapat berupa sensor, seperti sensor suhu, sensor tegangan, dan lain-lain. Sedangkan unit output bertugas untuk menyajikan data hasil pemrosesan atau melaksanakan perintah-perintah. Perangkat keluaran dapat berupa lampu, LED, motor, dan lain-lain. 1.4. Sistem bus
Gambar 2 Blok Diagram Sistem Komputer dengan struktur bus data, bus alamat dan bus control[1]
Gambar diatas menunjukkan tentang interkoneksi antara bus dengan komponen-komponen dalam sistem komputer. Terdapat 3 jenis bus, yaitu bus data, bus alamat, dan bus control. Dimana ketiganya berfungsi sebagai penghubung antara mikroprosesor dengan memori dan perangkat input output. Bus- bus ini dapat bersifat dua arah ataupun satu arah.
Bus alamat, berfungsi untuk membawa alamat-alamat memori atau perangkat I/O menuju ke perangkat-perangkat yang dituju. Alamat-alamat tersebut terdiri dari 16 bit alamat dari 0000H-FFFFH, yang memungkinkan pengiriman sampai 64 KB (2MB).
Bus data, berfungsi untuk membawa atau mengirim data dari dan ke berbagai komponen pada sistem. Misalnya, bus data membawa data sepanjang 16 bit dari register akumulator (mikroprosesor) menuju ke sebuah alamat pada memori.
Bus control atau pengendali, berfungsi untuk membawa sinyal-sinyal kendali antara mikroprosesor dan semua alat yang dihubungkan kepada bus-bus. Contoh sinyalnya antara lain sinyal 𝑊𝑅 untuk perintah write atau tulis, sinyal 𝑅𝐷 untuk perintah read atau baca, dan lain-lain.
2. Interaksi Mikroprosesor dan Memori Secara umum terdapat 2 jenis interaksi antara mikroprosesor dan memori, yaitu operasi membaca (mengambil) informasi dari memori dan operasi menulis (menyimpan) informasi ke memori.
alamat
alamat
µP
read
memori
µP
data
memori
write
data
(a)
(b)
Gambar 3. (a) Proses Baca, (b) Proses Tulis antar Mikroprosesor dan memori[3]
Proses baca/ mengambil informasi dari memori oleh mikroprosesor : 1. Mikroprosesor mempersiapkan alamat lokasi dari data yang akan dibaca, biasanya melalui register BX yang fungsinya identik untuk menyimpan alamat memori 2. Mikroprosesor mengirimkan sinyal read ke memori yang menandakan bahwa aktivitas yang ingin dilakukan oleh mikroprosesor dari memori adalah membaca atau mengambil data.
3. Setelah menerima sinyal read, memori mencari data yang diinginkan oleh mikroprosesor sesuai dengan alamat yang diberikan sebelumnya 4. Setelah data ditemukan, data dikirimkan oleh memori ke mikroprosesor.
Proses tulis/ menyimpan data dari mikroprosesor ke memori : 1. Mikroprosesor mempersiapkan alamat lokasi dimana data akan ditulis atau disimpan 2. Mikroprosesor mempersiapkan data yang akan ditulis 3. Mikroprosesor mengirimkan sinyal write ke memori sebagai tanda bahwa aktivitas yang akan dilakukan adalah aktivitas penyimpanan data dari mikroprosesor ke memori 4. Setelah menerima sinyal write, memori membaca data yang ingin disimpan dan meletakkannya pada alamat lokasi yang ditentukan.
3. Proses Kerja Instruksi Di dalam menjalankan suatu instruksi, mikroprosesor melakukan 3 langkah, yaitu : 1. Instruction fetch atau pengambilan instruksi, yaitu proses pengambilan instruksi dari suatu lokasi alamat tertentu pada memori utama 2. Instruction decode atau decoding instruksi, yaitu proses menterjemahkan instruksi untuk mengetahui maksud dari instruksi tersebut. 3. Execution atau eksekusi, yaitu proses eksekusi dari instruksi yang telah
Bab III Mikroprosesor Intel 8088 Pada bab ini akan lebih spesifik dijelaskan mengenai model arsitektur mikroprosesor 8088 beserta fungsi komponen-komponen internal pendukungnya, dan lebih rinci lagi dijelaskan tentang register-register yang digunakan.
1. Model Arsitektur Mikroprosesor 8088/8086 Mikroprosesor 8086 dan 8088 merupakan perluasan dari seri mikroprosesor 8080 dari Intel. Pin keluaran untuk 8086 dan 8088 sebanyak 40 pin. Perbedaan pokok antara 8086 dan 8088 terletak pada banyaknya saluran data yang dikeluarkan bus. Chip 8086 memiliki 16 saluran data (16 bit) pada busnya, dan chip 8088 hanya memiliki 8 saluran data (8 bit).
GND A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 clock GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
8088
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
Vcc A15 A16 A17 A18 A19 read write
ALE
reset
Gambar 4. Konfigurasi Pin-Pin Mikroprosesor 8088[3]
Gambar diatas menunjukkan konfigurasi pin-pin pada IC mikroprosesor 8088. Pin 9-16 adalah pin alamat dan data, dimana untuk mikroprosesor 8088 memiliki 8 saluran data yaitu
AD7 – AD0. Sedangkan saluran alamat ditunjukkan oleh pin 2 – 16 dan 25 – 39, yaitu pada pin A19 – A0, sepanjang 20 saluran alamat. Dan beberapa fungsi yang lain ditunjukkan oleh pin yang berbeda, misalnya untuk fungsi baca memori dengan sinyal read / ̅̅̅̅ 𝑅𝐷 , fungsi tulis ke memori dengan sinyal write / ̅̅̅̅̅ 𝑊𝑅 , dan fungsi-fungsi pin yang lain.
Selanjutnya akan dijelaskan tentang struktur internal mikroprosesor 8088 beserta fungsi dari register-register yang ada.
BIU C-BUS
4 3 2 1
INSTRUCTION STREAM BYTE QUEUE
ES CS SS DS IP
CONTROL SYSTEM A- BUS
EU AH BH CH DH
AL BL CL DL SP BP SI DI
ALU OPERAND FLAGS
Gambar 5. Blok diagram arsitektur mikroprosesor 8088
Fungsi dasar mikroprosesor sesuai gambar diatas, terdiri dari 2 fungsi yaitu EU / Execution Unit dan BIU / Bus Interface Unit.
1.1. EU ( Execution Unit ) Berfungsi untuk menterjemahkan instruksi, menjalankan instruksi dan mengirimkan informasi ke BIU untuk mengambil data/instruksi. Pada gambar terlihat bahwa EU tersusun oleh beberapa register, yaitu : a. General Purpose Register Merupakan register 16 bit yang terdiri dari register AX, BX, CX, dan DX. Masingmasing register ini bisa berfungsi secara terpisah sepanjang 8 bit yaitu bagian tertinggi AH, BH, CH, DH atau bagian terendah AL, BL, CL, DL. b. Pointer Register Terdiri dari register dengan panjang 16 bit yang secara umum berfungsi untuk mengakses memori operand, yaitu register SP, BP, SI, DI c. Flag Register Operasi-operasi atau instruksi yang dijalankan mikroprosesor dapat menghasilkan status flag tertentu. Berikut ini adalah beberapa jenis flag pada mikroprosesor 8086/8088, CF (Carry Flag), PF (Parity Flag), AF (Auxiliary Flag), ZF (Zero Flag), SF (Sign Flag), OF (Overflow Flag), dan lain-lain. d. ALU (Aritmathic and Logic Unit) pada EU memiliki fungsi sebagai pelaksanan operasi aritmatika dan logika dari data-data yang disimpan dalam register.
1.2. BIU ( Bus Interface Unit ) BIU adalah unit pada mikroprosesor yang mempunyai tugas utama sebagai antarmuka antara mikroprosesor dengan peripheral diluar mikroprosesor. Selain itu tugasnya adalah bertanggung jawab terhadap semua operasi bus eksternal yaitu instruction fetch, operasi baca-tulis memori atau I/O, antrian instruksi dan perhitungan alamat fisik (PA). Register-register yang terdapat pada BIU adalah :
Register IP ( Instruction Pointer ) yaitu register utama untuk menunjukkan baris perintah program
Register segment yang berfungsi untuk menyimpan alamat segment, yang terdiri dari CS ( Code Segment ), DS ( Data Segment ), SS ( Stack Segment ), dan ES ( Extra Segment ).
Sama halnya dengan EU, pada BIU juga terdapat ALU. Disini ALU berfungsi untuk penghitungan alamat fisik atau Physical Address ( PA ).
2. Register Dari gambar blok diagram arsitektur Mikroprosesor 8088 terlihat bahwa terdapat beberapa jenis register yang mendukung kerja mikroprosesor sesuai dengan kategori fungsinya masingmasing. Berikut akan dijelaskan lebih rinci untuk setiap register-register tersebut.
Tabel 5. Jenis-jenis register Kategori General Segment Index Pointer Flag
Bit 16 8 16 16 16 16
Nama Register AX, BX, CX, DX AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL CS, DS, SS, ES SI, DI SP, BP, IP FR
1. General Purpose Register
Register AX atau akumulator berfungsi sebagai akumulator dan berhubungan dengan jenis-jenis operasi khusus seperti operasi aritmatika dan logika.
Register BX atau base register, digunakan untuk mereferensikan alamat memori.
Register CX atau counter register, digunakan sebagai pencacah implicit dengan instruksi tertentu.
Register DX atau register data, digunakan untuk menyimpan alamat port I/O selama operasi input dan output, digunakan juga dalam operasi perkalian untuk menyimpan sebagian dari hasil kali 32 bit atau dalam operasi pembagian untuk menyimpan suatu nilai sisa.
2. Segment register Merupakan register tambahan dengan panjang 16 bit atau terbatas sampai 64K byte. yang berfungsi men-generate alamat memori ketika dikombinasikan dengan register lain. Terdiri dari 4 atau 6 jenis register segment pada beberapa variasi versi mikroprosesor, berikut 4 diantaranya yang digunakan pada arsitektur mikroprosesor 8088 :
Register CS ( Code Segment ), digunakan untuk mencatat alamat segment dari kode program atau instruksi.
Register DS ( Data Segment ), digunakan untuk menyimpan alamat segment dari letak data.
Register SS ( Stack Segment ), digunakan untuk menyimpan alamat segment memori yang dipergunakan menjadi Stack (tumpukan).
Register ES ( Extra Segment ), digunakan untuk meyimpang alamat segment tambahan, misalnya alamat display, alamat sistem operasi, dan lain-lain.
3. Register Index Terdiri dari 2 register yaitu register DI ( Destination Index ), dan register SI ( Source Index ). Register index digunakan untuk menyimpan nilai-nilai offset dalam segment data memori pada saat bersangkutan, biasanya digunakan untuk string instructions. 4. Register Pointer
Register IP ( Instruction Pointer ), merupakan register pasangan CS yang digunakan untuk menunjukkan baris perintah program. Pada saat program dijalankan, IP akan langsung menunjuk pada awal program, dan seterusnya sampai instruksi selesai dieksekusi.
Register SP ( Stack Pointer ), digunakan untuk operasi stack. Secara implisit, register ini digunakan secara khusus oleh instruksi PUSH dan POP yang menyimpan dan mendapatkan kembali data dari stack.
Register BP ( Base Pointer ), digunakan untuk penunjuk base dalam stack yang disediakan sebagai daerah penyimpanan data.
5. Flag Register Flag merupakan status yang diakibatkan dari hasil eksekusi instruksi aritmatika dan logika. Pada mikroprosesor 8088 mempunyai status flag 1 bit dan 3 kontrol flag yang dikonfigurasikan dalam register sepanjang 16 bit, seperti dijelaskan pada gambar dibawah ini :
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
*
*
*
*
OF
DF
IF
TF
SF
ZF
*
AF
*
PF
*
CF
Keterangan dari status flag sebagai berikut : a. CF ( Carry Flag ), status flag untuk carry atau borrow dari hasil aritmatika b. PF ( Parity Flag ), status untuk hasil instruksi aritmatika dengan angka angka ganjil atau genap c. AF ( Auxiliary Flag ), digunakan untuk instruksi pengaturan decimal d. ZF ( Zero Flag ), status untuk hasil instruksi aritmatika sama dengan nol e. SF ( Sign Flag ), status untuk hasil instruksi aritmatika dengan tanda – atau + f. OF ( Overflow Flag ), menunjukkan sebuah operasi secara tidak benar yaitu merubah hasil daripada tanda bit. g. IF ( Interrupt-enable flag ), tanda untuk dapat atau tidak dapat sebuah instruksi melakukan interupsi h. DF ( Direction Flag ), dipergunakan untuk mengontrol arah dari operasi string. i. TF ( Trap Flag ), dimana ditempatkan dalam single step mode untuk keperluan debug. Nilai dari masing-masing bit penanda status tersebut dapat berupa logika “1” atau “0”, dimana masing-masing logika memiliki arti sendiri, berikut penjelasan sederhananya melalui tabel. Tabel 6. Nilai flag register Flag Register CF PF AF ZF SF IF DF OF
Nilai bit 0 NC ( Not Carry ) PO ( Odd Parity ) AC ( Carry ) NZ ( Not Zero ) PL ( Plus ) DI ( Disable ) UP ( Increment ) NV ( Not Overflow )
Contoh operasi menghasilkan flag : 1. 1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
xor
Hasil dari operasi diatas adalah = 00h, sehingga ZF =1
Nilai bit 1 CY ( Carry ) PE ( Even Parity ) NA ( Not Carry ) ZR ( Zero ) NG ( Negative ) EI ( Enable ) DN ( Decrement ) OV ( Overflow )
2. 1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
FE +
FE + 1 FC Carry bit
3. Operasi dibawah ini menunjukkan contoh 2 buah bilangan bertanda (signed) positif yang dijumlahkan hasilnya berubah tanda negatif overflow (OF = 1) 1
1
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
+ 76 +
+ 68
+
+ 144
Tanda negatif Register internal pada mikroprosesor 8088 memiliki lebar 16 bit, sehingga setiap register dapat berharga 0000H – FFFFH, atau sebanyak 216 = 65536 kombinasi harga. Gambar dibawah menunjukkan isi register pada kondisi inisialisasi awal atau kondisi saat belum ada instruksi yang dieksekusi.
Flag Gambar 6. Gambar inisialisasi awal pada program debug Soal – soal Latihan : 1. Jelaskan perbedaan fungsi ALU pada BIU dan ALU pada EU? Mengapa? 2. Isikan bit flag yang tepat saat operasi berikut selesai dieksekusi ! a. FFh + 01h (signed) = ………………….. OF = …….
ZF = ……..
CF = ………
b. 0567h + 1234h(unsigned) = …………… OF=………
ZF=……
CF=………
c. FFh – 01h (signed) = ………………
OF=……..
ZF=……
CF=………
Bab IV Struktur Memori Pada bab ini dijelaskan tentang pengalamatan yang digunakan oleh mikroprosesor 8088 melalui segmentasi dan penghitungan alamat fisik yaitu format alamat yang digunakan untuk akses memori.
1. Peta Memori dan Pengalamatannya Memori utama terdiri dari sejumlah sel yang masing-masing dapat meyimpan informasi sebesar 1 byte ( 8 bit ). Masing-masing sel memori diberi suatu alamat ( address ), sehingga letak lokasi memori dapat dihubungi. Pada mikroprosesor 8088 memiliki jalur atau saluran alamat sebanyak 20 ( A0-A19 ), sehingga memori dapat mencapai 1 Mbyte atau 1048576 byte. Sedangkan kapasitas register alamat adalah 2 byte, maka jumlah sel memori yang dapat disimpan alamatnya adalah 216 = 65536 sel memori, dengan demikian register alamat mikroprosesor 8088 dapat mengakses ( membaca/menulis ) memori berkapasitas 65536 byte = 64Kbyte. Contoh : alamat data yg disimpan pada alamat tsb FFFF
1
0
0
0
1
0
1
0
= 8A
8000
1
1
1
0
1
0
0
0
= E8
0002 0001 0000
1 0 1
0 0 1
1 0 1
1 0 1
1 1 1
1 1 1
0 0 1
0 1 0
= BC = 0D = FE
Gambar diatas menunjukkan bentuk peta memori pada mikroprosesor 8088. Dimana pada alamat tertentu (dalam bilangan hexa), misalnya adalah alamat 8000 menyimpan data sepanjang 1 byte ( 8 bit ) yaitu data E8h (11101000b).
Alamat
data (Hexa)
137F:0100
0E E8 DC FC 89 46 FA 89-56 FC 0B D0 75 04 33 C0
137F:0110
C9 C3 8B 46 F8 FF 5E FA-89 46 FE 8B 34 00 8B 0D
137F:0120
C8 08 00 00 C7 46 FE 00-00 C7 46 F8 40 00 0E E8
137F:0130
AE FC 89 46 FA 89 56 FC-0B D0 75 04 33 C0 C9 C3
Data diatas menunjukkan contoh hasil “dumping” dengan menggunakan Debug, untuk melihat isi memori dari setiap blok memori. Terlihat bahwa dalam satu alamat tertentu misalnya alamat 137F:0100 berisi data OE, pada alamat 137F:0101 berisi data E8, dan seterusnya.
2. Segmentasi Mikroprosesor harus dapat mengakses semua sel memori dari alamat terendah sampai alamat tertinggi. Alamat tersebut akan disimpan didalam register alamat. Secara fisik mikroprosesor 8088 memilik 20 jalur alamat untuk menyediakan informasi alamat selebar 20 bit yaitu dari 00000h – FFFFFh. Berkaitan dengan hal tersebut, masalah muncul karena register yang akan digunakan untuk meyimpan alamat memori hanya memilik kapasitas 16 bit, sehingga masih ada kekurangan lagi sebesar 4 bit untuk menampung suatu alamat memori. Untuk mengatasi hal ini, Intel menggunakan 2 buah register untuk pengalamatan. Satu register akan digunakan untuk menyimpan alamat segment ( suatu area memori seluas 64 Kbyte ), dan satu register yang akan digunakan untuk menyimpan alamat offset ( menentukan byte mana di dalam segment tersebut yang akan diakses ). Seperti yang dijelaskan pada bab sebelumnya, mikroprosesor 8088 menyediakan 4 segment untuk menjalankan suatu program, yaitu : 1. Segment untuk program (CS) 2. Segment untuk Data (DS) 3. Segment untuk Stack (SS) 4. Extra Segment (ES) Suatu program dapat memakai 4 segment yang berbeda-beda atau hanya menggunakan sebuah segment saja untuk menampung program, data, stack, dan extra. Contoh Debug dibawah ini menunjukkan penggunaan segment yang sama untuk DS, CS, SS dan ES yaitu 137F.
Gambar 7. Gambar isi register pada program Debug
Gambar dibawah ini memberikan ilustrasi tentang skema pengalamatan mode real pada memori, yang menggunakan alamat segment dan offset.
Real Mode Memory FFFFF
1FFFF
Offset = F000 1F000
10000 Segment Register 1 0 0 0 00000
Gambar 8. Gambar Skema Real Mode Memory Addressing
Register segment pada gambar 4.2 berisi alamat segment 1000h, tetapi alamat segment berawal dari lokasi 10000h. Pada mode real pengalamatan memori, menyesuaikan dengan skema pengalamatan memori 20 bit, maka alamat segment tersebut ditambahkan dengan 0h pada digit paling kanan (LSB). Karena mode real dari segment pada memori adalah seluas 64 Kbyte, jika alamat awal diketahui, maka alamat akhirnya diperoleh dengan menambah FFFFh sebagai
alamat offset. Sehingga, terlihat dari contoh skema diatas alamat awal segment 10000h dan alamat akhirnya 1FFFFh. Contoh lainnya diperlihatkan pada tabel dibawah ini. Tabel 7. Tabel contoh alamat segment Register Segment 2000h 2001h 2100h AB00h 1234h
Alamat Awal Segment 20000h 20010h 21000h AB000h 12340h
Alamat Akhir Segment 2FFFFh 3000Fh 30FFFh BAFFFh 2233Fh
Sesuai penjelasan diatas, Mikroprosesor 8088 memiliki format mode pengalamatan dimana antara segment dan offset ditulis dengan dipisahkan tanda titik dua ( : ) seperti berikut ini : Segment : Offset Dan masing-masing register segment memilik pasangan register offset-nya masing-masing, dijelaskan melalui tabel dibawah ini. Tabel 8. Tabel kombinasi Segment dan Offset pada Mikroprosesor 8088 Segment
Offset
Keterangan
CS
IP
Alamat instruksi
SS
SP atau BP
Alamat stack
DS
BX, DI, SI, data 8 atau 16 bit
Alamat data
ES
DI untuk instruksi string
Alamat string
3. Alamat Fisik Sesuai penjelasan tentang mode real pengalamatan yang digunakan Mikroprosesor 8088, selanjutnya akan dijelaskan cara penghitungan alamat tersebut yang disebut dengan Alamat Fisik (Physical Address/ PA), dengan format 20 bit. Sedangkan cara pengalamatan memori yang biasa dilakukan oleh komputer sering disebut dengan pengalamatan relatif ( relative address ). Contoh : alamat yang ditulis dengan format 137F : 0100 yang berarti alamat segment adalah 137Fh dan alamat offset adalah 0100h, maka cara penghitungan alamat fisiknya adalah sebagai berikut : Segment :
137F0
Offset :
0100 138F0
+
Sehingga alamat 138F0h yang digunakan untuk mengakses memori. Atau dapat juga diartikan, untuk menjumlahkan alamat segment dan offset, dengan cara sebelumnya menggeser satu digit kekiri alamat segment. Contoh lainnya adalah :
Untuk alamat program CS : IP IP = 95F3
CS = 2500
Adder
Physical address A0-A19 = 2E5F3
0
Untuk alamat Data DS : EA (Effective Address) EA = 2845
CS = FB00
Adder
Physical address A0-A19 = 37F50
0
Soal – soal Latihan : 1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan segmentasi pada mikroporsesor 8088! dan mengapa diperlukan segmentasi ? 2. Jika diketahui beberapa isi register : DS = 0FF0, CS = 13F0, SS= 0110, IP = 01B0, SP = 1232, BX = A0B0. Tentukan alamat fisik sesuai format alamat segment:offset dibawah ini: a. DS : [BX+01h] b. CS : IP c. SS : SP d. DS : [2400]
Bab V Pengenalan Instruksi Instruksi merupakan suatu arahan dalama proses mikroprosesor, sehingga prosesor dapat berjalan sesuai instruksi yang dimasukkan. CPU (Central Processing Unit) adalah otak atau sumber dari komputer yang mengatur dan memproses seluruh kerja komputer. Fungsi utama CPU adalah menjalankan program-program yang disimpan di memori utama. Hal ini dilakukan dengan cara mengambil instruksi-instruksi dari memori utama dan mengeksekusinya satu persatu sesuai dengan alur perintah. Saat data dan/atau instruksi dimasukkan ke processing-devices, pertama sekali diletakkan di MAA (melalui Input-storage); apabila berbentuk instruksi ditampung oleh Control Unit di Program-storage, namun apabila berbentuk data ditampung di Working-storage). Jika register siap untuk menerima pengerjaan eksekusi, maka Control Unit akan mengambil instruksi dari Program-storage untuk ditampungkan ke Instruction Register, sedangkan alamat memori yang berisikan instruksi tersebut ditampung di Program Counter. Sedangkan data diambil oleh Control Unit dari Working-storage untuk ditampung di General-purpose register (dalam hal ini di Operand-register). Jika berdasar instruksi pengerjaan yang dilakukan adalah arithmatika dan logika, maka ALU akan mengambil alih operasi untuk mengerjakan berdasar instruksi yang ditetapkan. Hasilnya ditampung di Akumulator. Apabila hasil pengolahan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil hasil pengolahan di Accumulator untuk ditampung kembali ke Working-storage. Jika pengerjaan keseluruhan telah selesai, maka Control Unit akan menjemput hasil pengolahan dari Working-storage untuk ditampung ke Output-storage. Lalu selanjutnya dari Output-storage, hasil pengolahan akan ditampilkan ke output-devices. CPU dalam mengeksekusi suatu instruksi dilakukan dalam dua tahapan yaitu membaca instruksi (fetch) dan melaksanakan instruksi tersebut (execute). Proses membaca dan melaksanakan ini dilakukan berulang-ulang sampai semua instruksi yang terdapat di memori utama dijalankan atau komputer dimatikan. Proses ini dikenal juga sebagai siklus fetch-eksekusi. Siklus Intruksi : 1. Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan
tetap ke alamat instruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit padahal memori memiliki panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat sebelumnya. 2. Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU. 3. Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan. 4. Operand Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori. 5. Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari memori atau dari modul I/O. 6. Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi. 7. Operand
store
(OS),
yaitu
menyimpan
hasil
eksekusi
ke
dalam
memori
Aksi – Aksi CPU 8. CPU Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya 9. CPU – I/0, perpindahan data dari CPU ke modul I/0 dan sebaliknya 10. Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data 11. Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya instruksi pengubahan urusan eksekusi
1. Proses Kerja (Bagaimana uP8088 mengerjakan instruksi) Didalam menjalankan suatu instruksi, uP 8088 melakukan 3 tahap pengerjaan sbb : 1. Penjemputan Instruksi (IF = Instruction Fetch) IR [CS+IP]. Proses kerja dimulai dengan penjemputan instruksi baru dari memori ke IR.
CU menerjemahkan isi register CS dan IP untuk menentukan letak dari instruksi baru tersebut di memori.
Hasil terjemahan isi CS dan IP ini dikirim CU ke memori melalui bus alamat,
CU mengirim sinyal MemREAD untuk memberitahukan memori bahwa CU ingin membaca data
Memori setelah mendapat sinyal MemREAD, akan melihat isi dari bus alamat. Kemudian isi dari cell memori yang sesuai dengan alamat tersebut diletakkan di bus data (selebar 1 byte)
Beberapa saat setelah mengirim sinyal MemREAD, CU membaca isi dari bus data dan meletakkannya di IR.
2. Dekoding Instruksi (ID = Instruction Decode). Isi baru dari IR tersebut kemudian diterjemahkan oleh CU untuk mengetahui apa saja yang diinginkan oleh instruksi baru tersebut. Untuk tugas penterjemahan ini, CU menggunakan bantuan tabel instruksi yang ada di Instruction Decoder untuk dapat memahami maksud dari instruksi tersebut. 3. Eksekusi Instruksi (EX = Execution) Tergantung dari hasil penterjemahan instruksi diatas, CU akan melaksanakan satu dari tiga fungsi, yaitu :
Operasi Aritmetika atau Logika
Data transfer
Control
Arsitektur x86 (contoh: uP8088) menggunakan Variable Length Instruction (VLI) dimana instruksi yang berbeda memiliki panjang instruksi yang berbeda pula (bervariasi dari 1 byte sampai 4 byte). Karena pada saat IF yg dijemput hanya 1 byte, maka kemungkinan besar setelah proses ID, CU harus menjemput beberapa byte lagi dari memori agar instruksinya menjadi lengkap. Byte pertama dari instruksi yg dijemput disebut dgn op-code (operation code) karena dari penterjemahan op-code tersebut, didapatkan panjang isntruksi sebenarnya. Contoh : untuk instruksi B8 34 12 (MOV AX,1234) CU pertama akan mengambil byte “B8” untuk mengetahui bahwa instruksi tsb adalah MOV AX,xx yy sehingga CU harus mengambil 2 byte setelahnya untuk dapat mengeksekusi instruksi tsb. Kelebihan dari VLI :
hemat space dimana jumlah byte yang dibutuhkan untuk merepresentasikan suatu instruksi merupakan jumlah byte minimumnya.
Sementara kekurangannya :
lebih lambat karena ada suatu tenggang waktu tertentu dimana uP harus menjemput instruksi selengkapnya dari memori setelah dekoding (kekurangan ini diperbaiki melalui Prefetching)
Instruksi 1 byte (contoh: PUSH & POP)
Instruksi >1 byte (contoh: MOV,
ADD, JMP) DE
DE
EX
IF
EX
IF
proses: IF – DE – EX
proses: IF – DE – IF – DE – EX
2. Jenis Instruksi Set instruksi 8086/8088 mencakup ekuivalen dengan instruksi yang digunakan dalam 8085 atau hampir semua mikroprosesor 8-bit ditambah dengan beberapa operasi baru. Kategor instruksi yang dapat digunakan mencakup: transfer data, aritmatika, manipulasi bit, string, transfer program dan kontrol prosesor 2.1. Transfer Data Set intstruksi 8086/808 mencakup 14 instruksi transfer data yang menggerakan byte atau kata data antara memori dan register serta akumulator dan port I/O. Instruks-instruksi tersebut dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 9. Operasi Transfer Data Opcode MOV PUSH PUSHF LAHF SHAF POP POPF IN OUT XCHG XLAT LEA LDS LES
Fungsi moves byte or word pushes word onto stack pushes flags onto stack moves flags into AH loads flags from AH pops word from stack pops flags from stack inputs data to accumulator from I/O device outputs data from accumulator to I/O device exchanges bytes or words translates table lookup instruction load effective address loads DS and the operand with a 32-bit address loads ES and the operand with a 32-bit address
2.2. Aritmatika 8086/8088 mampu melakkan penambahan, pengurangan, perkalian dan pembagian data serta bytes. Tabel 10. Instruksi Aritmatika Opcode ADD ADC AAA DAA INC SUB SBB NEG CMP AAS DAS DEC MUL IMUL AAM DIV IDIV CBW CWD AAD
Fungsi adds bytes or words adds bytes or words plus carry flag adjust ASCII after addition adjust BCD after addition adds 1 to bytes or word subtracts bytes or word subtracts bytes or word minus carry flag change sign of byte or word (two's complement) compares bytes or words adjust ASCII after subtraction adjust BCD after subtraction subtracts 1 from byte or word multiples unsigned byte or word multiples signed byte or word adjust ASCII after multiplication divides unsigned byte or word divides signed byte or word converts byte to word converts word to double word addust ASCII before division
2.3. Manipulasi bit Terdapat 12 instruksi yang memberi kemampuan untuk memanipulasi bit biner pada mikroprosesor 8086/8088. Instruksi ini mencakup operasi logika, shift dan rotasi.
Tabel 11. Instruksi Manipulasi Bit Opcode AND OR XOR NOT TEST SHL/SAL SHR
Fungsi ANDs bytes or words ORs bytes or words XORs bytes or words inverts bytes or words TESTs bytes or words (AND) shfit logical/aritmatic left shift logical right
SAR ROL RCL ROR RCR
shift arithmetic right rotates bytes or words left rotates bytes or word rleft through carry rotates bytes or words right rotates bytes or word right through carry
2.4. Instruksi String Instruksi string digunakan untuk memanipulasi string data dalam memor. Setiap string tersusun baik dari bytes maupun kata dan hingga mencapai panjang 64KB. Instruksi string menggunakan register SI dan DI untuk menangani data. Register CX digunakan untuk menghitung jumlah bytes atau kata yang beroperasi. Instruksi string hanya muncul sekali, jika diawali dengan kata REP, REPE/REPZ atau REPNE/REPNZ maka instruksi akan diulangi hingga jumlah waktu yang tercatat di register CX.
Tabel 12. Instruksi String Opcode MOVS CMPS SCAS LODS STOS
Fungsi moves bytes or words compares bytes or words scans for byte or word loads AL or AX with byte or word stores AL or AX in byte or word
2.5. Transfer Program Instruksi transfer program mencakup jump, call, return serta beberapa instruksi tambahan yang membentuk loop. Tabel 13. Instruksi transfer program Opcode CALL RET JMP INT3 INTO IRET JA/JNE JAE/JNB JB/JNAE JBE/JNA JC
Function Calls subroutine Returns from subroutine Jumps to another part of program Type 3 interrupt Interrupts on overflow Interrupt return Jumps above/jumps not below or equal to Jumps above or equal to/jumps not below Jumps below/jumps not above or equal to Jumps below or equal to/jumps not above Jumps carry set
JE/JZ JG/JNLE JGE/JNL JL/JNGE JLE/JNG JNC JNE/JNZ JNO JNP/JPO JNS JO JP/JPE JS LOOP LOOPE/LOOPZ LOOPNE/LOOPNZ JCXZ
Jumps equal/jumps 0 Jumps greater/jumps not less than or equal to Jumps greater than or equal to/jumps not less than Jumps less than/jumps not greater than or equal to Jumps less than or equal to/jumps not greater than Jumps no carry Jumps not equal to/jumps not 0 Jumps no overflow Jumps no parity/jumps parity odd Jumps no sign (positive) Jumps on overflow Jumps panty/jumps parity even Jumps sign (negative) Loops CX times Loops while equal to/loops while 0 Loops while not equal to/loop while not 0 Jumps if CX = 0
2.6. Kontrol Prosesor Instruksi kontrol prosesor memungkinkan dan tidak memungkinkan terjadinya interupsi, memodifikasi bit flag dan sinkronisasi kejadian eksternal. Tabel 11. Instruksi Kontrol Prosesor Opcode Fungsi STC sets carry CLC clears carry CMC complements carry STD selects auto decrement mode CLD selects auto increment mode STI enables interrupts CLI disables interrupts HLT halts until a reset or an interrupt WAIT wait for TEST pin =0 ESC provides escape to coprocessors LOCK locks the bus during the next instruction NOP performs no operation 3. Mode Pengalamatan Ketika 8088 mengerjakan instruksi, maka harus menampilkan fungsi yang spesifik pada data. Ini biasa disebut operands atau perintah. Dan bisa menjadi bagian dari instruksi. Untuk
mengakses tipe-tipe perbedaan dari perintah 8088 membaginya berdasarkan variasi mode dari pengalamatan, yaitu 1. Register direct
: mov ax,bx
2. Register Indirect
: mov ax,[bx]
3. Direct / absolut
: mov ax,[001d]
4. Immediate
: mov ax,001d
5. Displacement
: mov ax,[bx+1]
4. Instruksi MOV 1. Register Data (contoh: MOV AX,1234 mengisi AX dgn data 1234) 2. Register Register (contoh: MOV AX,BX memindahkan isi BX ke AX) 3. Register Memory (contoh: MOV AX,[BX] memindahkan isi memori ke AX, alamat dari datanya ada di BX) 4. Memory Register (contoh: MOV [BX],AX memindahkan isi AX ke memori, datanya akan ditulis di memori pada alamat yg ada di BX))
Contoh instruksi MOV untuk transfer antar register dan pengisian langsung -a 0F6C:0100 mov bx,abcd
mengisi reg. AX dgn data ABCDH
0F6C:0103 mov ah,56 mengisi reg. AH dgn data 56H 0F6C:0105 mov bl,ah mengcopy isi reg. AH ke reg. BL 0F6C:0107 mov ax,bx mengcopy isi reg. BX ke reg. AX 0F6C:0109 -r AX=0000 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0100 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0F6C:0100 BBCDAB -t
MOV
BX,ABCD
AX=0000 BX=ABCD CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0103 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0F6C:0103 B456
MOV
AH,56
-t AX=5600 BX=ABCD CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0105 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0F6C:0105 88E3
MOV
BL,AH
-t AX=5600 BX=AB56 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0107 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0F6C:0107 89D8
MOV
AX,BX
-t AX=AB56 BX=AB56 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0109 NV UP EI PL NZ NA PO NC Instruksi berikut akan menimbulkan Error : MOV CH,5678
:
tidak bisa karena CH = 1 byte dan datanya 2 byte
MOV DL,AX
:
tidak bisa karena AX = 2 byte dan DL = 1 byte
MOV DX,AL
:
tidak bisa karena AL = 1 byte dan DX = 2 byte
Contoh instruksi MOV untuk : 1. transfer Register Memory (membaca data dari memori) 2. transfer Memory Register (menulis data ke memori) -a 0F6C:0100 mov bx,0002
mengisi reg. BX dgn data 0002H
0F6C:0103 mov ah,[bx]
membaca memori pada alamat BX sebanyak 1 byte (AH)
0F6C:0105 mov ax,[bx]
membaca memori pada alamat BX sebanyak 2 byte (AX)
0F6C:0107 mov ax,[bx+1] membaca memori pada alamat BX+1 sebanyak 2 byte (AX) 0F6C:010A mov [bx],ax
menulis isi reg. AX ke memori pada alamat BX
0F6C:010C -d 0F6C:0000 00 01 02 03 04 05 06 07-08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F ................ 0F6C:0010 10 11 12 13 14 15 16 17-18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F ................
0F6C:0020 20 21 22 23 24 25 26 27-28 29 2A 2B 2C 2D 2E 2F !"#$%&'()*+,-./ 0F6C:0030 30 31 32 33 34 35 36 37-38 39 3A 3B 3C 3D 3E 3F 0123456789:;<=>? 0F6C:0040 40 41 42 43 44 45 46 47-48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F @ABCDEFGHIJKLMNO 0F6C:0050 50 51 52 53 54 55 56 57-58 59 5A 5B 5C 5D 5E 5F PQRSTUVWXYZ[\]^_ 0F6C:0060 60 61 62 63 64 65 66 67-68 69 6A 6B 6C 6D 6E 6F `abcdefghijklmno 0F6C:0070 70 71 72 73 74 75 76 77-78 79 7A 7B 7C 7D 7E 7F pqrstuvwxyz{|}~. -r AX=0000 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0100 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0F6C:0100 BB0200
MOV
BX,0002
-t AX=0000 BX=0002 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0103 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0F6C:0103 8A27
MOV
AH,[BX]
DS:0002=02
-t AX=0200 BX=0002 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0105 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0F6C:0105 8B07
MOV
AX,[BX]
DS:0002=0302
-t AX=0302 BX=0002 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0107 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0F6C:0107 8B4701
MOV
AX,[BX+01]
DS:0003=0403
-t AX=0403 BX=0002 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=010A NV UP EI PL NZ NA PO NC 0F6C:010A 8907
MOV
[BX],AX
DS:0002=0302
-t AX=00A0 BX=0002 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=010C NV UP EI PL NZ NA PO NC 0F6C:010C 90 -d
NOP
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`abcdefghijklmno 0F6C:0070 70 71 72 73 74 75 76 77-78 79 7A 7B 7C 7D 7E 7F pqrstuvwxyz{|}~. Instruksi berikut akan menimbulkan Error : MOV [BX],[BX+1] :
transfer data dari memori ke memori secara langsung
MOV [BX],12
transfer data langsung ke memori
:
kesimpulan : semua transfer yg melibatkan memori harus via register MOV AH,[BL]
:
register alamat harus digunakan dalam format 2 byte
MOV [AX],BX
:
reg. AX bukan register alamat
MOV [CX],BX
:
reg. CX bukan register alamat
MOV [DX],BX
:
reg. DX bukan register alamat
5. Instruksi PUSH & POP Sebelum membahas tentang instruksi PUSH dan POP, kita harus mempelajari terlebih dahulu mengenai STACK 5.1. Stack Karena jumlah register data terbatas (hanya 4 buah : AX, BX, CX, DX), maka diperlukan suatu lokasi penyimpanan data untuk sementara yang disebut stack. Kelebihan stack adalah dari kesederhanaannya didalam menyimpan dan mengembalikan kembali data yg telah tersimpan dibandingkan dengan penyimpanan ke memori. Dari arti katanya stack adalah tumpukan. Ini berarti jika kita akan menyimpan data di stack, data tersebut akan ditumpuk berdasarkan urutan siapa yang terakhir datang. Oleh karenanya, sistem akses data di stack disebut LIFO (Last In First Out) dimana data yang akan diambil adalah data yang ditumpuk terakhir. Penumpukan data di stack dilakukan dari bawah. FFFF
5E
FFFE
tumpukan terakhir
CD
tumpukan baru Untuk mengidentifikasi tumpukan data terakhir (paling bawah), digunakan register SP (Stack Pointer). Jadi SP akan ‘menunjuk’ ke tumpukan terendah dari stack. Setiap kali ada data yang ditumpuk, isi SP akan berkurang (counting down). Instruksi yang digunakan untuk operasi stack adalah PUSH dan POP. PUSH akan ‘mendorong’ data ke stack dan POP akan ‘mengeluarkan’ data dari stack. -a 0EA0:0100 mov ax,1234 0EA0:0103 mov bx,5678 0EA0:0106 push ax 0EA0:0107 push bx 0EA0:0108 pop ax 0EA0:0109 pop bx
SP=FFEE
-d ffe0
0EA0:FFE0 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00
isi stack
-t AX=1234 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0EA0 ES=0EA0 SS=0EA0 CS=0EA0 IP=0103 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0EA0:0103 BB7856
MOV
BX,5678
-t AX=1234 BX=5678 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0EA0 ES=0EA0 SS=0EA0 CS=0EA0 IP=0106 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0EA0:0106 50
PUSH
AX
-t AX=1234 BX=5678 CX=0000 DX=0000 SP=FFEC BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0EA0 ES=0EA0 SS=0EA0 CS=0EA0 IP=0107 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0EA0:0107 53 -d ffe0
PUSH
BX
0EA0:FFE0 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 34 12 00 00
AX ada di stack
-t AX=1234 BX=5678 CX=0000 DX=0000 SP=FFEA BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0EA0 ES=0EA0 SS=0EA0 CS=0EA0 IP=0108 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0EA0:0108 58
POP
AX
-d ffe0
0EA0:FFE0 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 78 56 34 12 00 00
BX ada di stack
-t AX=5678 BX=5678 CX=0000 DX=0000 SP=FFEC BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0EA0 ES=0EA0 SS=0EA0 CS=0EA0 IP=0109 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0EA0:0109 5B
POP
BX
-t AX=5678 BX=1234 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0EA0 ES=0EA0 SS=0EA0 CS=0EA0 IP=010A NV UP EI PL NZ NA PO NC
Contoh Penggunaan Instruksi Control (JMP dan JZ) -a 0F6C:0100 MOV
AX,ABCD
0F6C:0103 MOV
BX,DCBA
0F6C:0106 XOR
AL,AL
0F6C:0108 JMP
010C
0F6C:010A MOV 0F6C:010C JZ
AL,BH 010E
0F6C:010E -t
trace MOV AX,ABCD
AX=ABCD BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0103 NV UP EI PL NZ NA PO NC -t
trace MOV BX,DCBA
AX=ABCD BX=DCBA CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0106 NV UP EI PL NZ NA PO NC -t
trace XOR AL,AL
AX=AB00 BX=DCBA CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000
DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=0108 NV UP EI PL ZR NA PE NC -t
trace JMP 010C
AX=AB00 BX=DCBA CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=010C NV UP EI PL ZR NA PE NC -t
trace JZ 010E
AX=AB00 BX=DCBA CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0F6C ES=0F6C SS=0F6C CS=0F6C IP=010E NV UP EI PL ZR NA PE NC
6. 8086/8088 Instruction Set Summary 6.1. Data Transfer MOV – Move 1.
Reg/Mem to/from Reg
1000 10dw
modregr/m
2.
Immediate to Register
1011 wreg
data
data (w=1)
3.
Memory to Accumulator
1010 000w
addr-low
addr-high
4.
Accumulator to Memory
1010 001w
addr-low
addr-high
contoh 1: MOV AL,BL = 88D8 (10001000 11011000): d=0,w=0,mod=11,reg=011(BL),r/m=000(AL) MOV AX,BX = 89D8 (10001001 11011000): d=0,w=1,mod=11,reg=011(BX),r/m=000(AX) MOV [BX],AL
= 8807 (10001000 00000111):
d=0,w=0,mod=00,reg=000(AL),r/m=111([BX]) MOV [BX],AX
= 8907 (10001001 00000111):
d=0,w=1,mod=00,reg=000(AX),r/m=111([BX]) MOV AL,[BX]
= 8A07 (10001010 00000111):
d=1,w=0,mod=00,reg=000(AL),r/m=111([BX]) MOV AX,[BX]
= 8B07 (10001011 00000111):
d=1,w=1,mod=00,reg=000(AX),r/m=111([BX]) contoh 2: MOV AX,1234
= B83412(10111000 34H 12H): w=1,reg=000(AX),Low-data=34H,Hi-
data=12H MOV AL,78 = B078 (10110000 78H
): w=0,reg=000(AL),data=78H
contoh 3: MOV AX,[1234] = A13412 (10100001 34H 12H)): w=1,addr-low=34H,addr-high=12H contoh 4: MOV [1234],AX = A33412 (10100011 34H 12H)): w=1,addr-low=34H,addr-high=12H
PUSH - Push 1.
Register
0101 0reg
2.
Segment Register
000reg110
contoh 1: PUSH AX = 50 (0101 0000): reg=000(AX) contoh 2: PUSH CS = 0E (0000 1110): reg=01(CS)
POP - Pop 1.
Register
0101 1reg
2.
Segment Register
000reg111
contoh 1: POP AX
= 58 (0101 1000): reg=000(AX)
contoh 2: POP CS
= 0F (0000 1111): reg=01(CS)
6.2. Arithmetic ADD - Add 1.
Reg/Mem with Register
0000 00dw
modregr/m
2.
Immediate to Reg/Mem
1000 00sw
mod000r/m
data
3.
Immediate to AX/AL
0000 010w
data
data (w=1)
data(sw=01
contoh 1: ADD BX,CX =01CB (00000001 11001011):d=0,w=1,mod=11,reg=001(CX),r/m=011(BX) ADD BL,CL =00CB (00000000 11001011):d=0,w=0,mod=11,reg=001(CL),r/m=011(BL) contoh 2: ADD BX,1234
= 81C33412 (10000001 11000011 34H 12H): sw=01,mod=11,r/m=011
contoh 3: ADD AX,1234
= 053412 (00000101 34H 12H): w=1,Low-data=34H,Hi-data=12H
SUB - Subtract 1.
Reg/Memory and Reg
0010 10dw
modregr/m
2.
Immediate from Reg/Mem
1000 00sw
mod101r/m
data
3.
Immediate from AX/AL
0010 110w
data
data (w=1)
data(sw=01
contoh 1: SUB BX,CX =29CB (00101001 11001011):d=0,w=1,mod=11,reg=001(CX),r/m=011(BX) SUB BL,CL
=28CB (00101000 11001011):d=0,w=0,mod=11,reg=001(CL),r/m=011(BL)
contoh 2: SUB BX,1234 = 81EB3412 (10000001 11101011 34H 12H): sw=01,mod=11,r/m=011 contoh 3: SUB AX,1234 = 2D3412 (00101101 34H 12H): w=1,Low-data=34H,Hi-data=12H
6.3. Logic NOT - Invert
1111 011w
mod01 0r/m
SHL = Shift Logical Left
1101 00vw
mod10 0r/m
SHR = Shift Logical Right
1101 00vw
mod10 1r/m
AND - And 1.
Reg/Memory and Reg
0010 00dw
modregr/m
2.
Immediate to Reg/Mem
1000 000w
mod100r/m
data
3.
Immediate to AX/AL
0010 010w
data
data (w=1)
data (w=1)
OR - Or 1.
Reg/Memory and Reg
0000 10dw
modregr/m
2.
Immediate to Reg/Mem
1000 000w
mod001r/m
data
3.
Immediate to AX/AL
0000 110w
data
data (w=1)
data (w=1)
XOR - Exclusive Or 1.
Reg/Memory and Reg
0011 00dw
modregr/m
2.
Immediate to Reg/Mem
1000 000w
mod110r/m
data
3.
Immediate to AX/AL
0011 010w
data
data (w=1)
Direct w/in Segment Short
1110 1011
disp
JE/JZ - Jump on Equal/Zero
0111 0100
disp
6.4. Control Transfer JMP - Unconditional Jump
contoh:
data (w=1)
-a 100 0D9C:0100 jmp 010f 0D9C:0102 jmp 0100 0D9C:0104 jz 010f 0D9C:0106 jz 0100 0D9C:0108 -u 100 0D9C:0100 EB0D
JMP
010F
0D9C:0102 EBFC
JMP
0100
0D9C:0104 7409
JZ
010F
0D9C:0106 74F8
JZ
0100
jadi: JMP 010F = EB0D
(11101011 00001101):jump 0D(=+13) bytes forward (IP=IP+13)
JMP 0100 = EBFC
(11101011 11111100):jump FC(=-4) bytes forward (IP=IP-4)
JZ 010F = 7409
(01110100 00001011):jump 09(=+9) bytes forward (IP=IP+9)
JZ 0100 = 74F8
(01110100 11111000):jump FB(=-8) bytes forward (IP=IP-8)
(angka minus menggunakan format 2’s complement) NOTES: d=direction: if d=1 then ‘to’ reg (Reg Mem) if d=0 then ‘from’ reg (Reg Reg, Mem Reg) w=word: if w=1 then word operation (1 word = 2 bytes) if w=0 then byte operation mod=mode: if mod=11 then r/m is treated as a REG field if mod=00 then DISP=0, disp-low and disp-high are absent disp: show how far should the CPU jump from recent point (reg. IP)
r/m: if r/m = 000 then EA = (BX) + (SI) + DISP if r/m = 001 then EA = (BX) + (DI) + DISP if r/m = 010 then EA = (BP) + (SI) + DISP if r/m = 011 then EA = (BP) + (DI) + DISP if r/m = 100 then EA = (SI) + DISP if r/m = 101 then EA = (DI) + DISP if r/m = 110 then EA = (BP) + DISP* if r/m = 111 then EA = (BX) + DISP if s:w=01 then 16 bits of immediate data form the operand if s:w=11 then an immediate data byte is sign extended to form the 16-bit operand REG is assigned according to the following table: 16-Bit (w=1)
8-Bit (w=0)
Segment
000 AX
000 AL
00 ES
001 CX
001 CL
01 CS
010 DX
010 DL
10 SS
011 BX
011 BL
11 DS
100 SP
100 AH
101 BP
101 CH
110 SI
110 DH
111 DI
111 BH
Instruksi pada uP selalu memiliki 2 bagian yaitu operation code (op-code) dan data. Instruksi 1 byte :
op-code
Instruksi 2 byte :
op-code
data
Instruksi 3 byte :
op-code
data
data
Instruksi 3 byte :
op-code
data
data
data
-a 0100 0EA0:0100 mov ax,1234 0EA0:0103 mov bl,f7 0EA0:0105 push ax -u 0100 0EA0:0100 B83412 MOV
AX,1234
0EA0:0103 B3F7
BL,F7
MOV
0EA0:0105 50 PUSH
AX
Yang tercetak tebal merupakan op-code nya dimana : B8 berarti MOV AX, ?? ?? B3 berarti MOV BL, ?? 7. Encoding Instruksi Mesin Di dalam CPU (tepatnya pada blok Instruction Decoder), terdapat tabel instruksi yang memuat daftar semua instruksi yang dapat dimengerti oleh CPU tersebut. Daftar ini disebut sebagai microcode dan setiap kali CPU menerima sebuah instruksi, CPU akan memecah kode instruksi tersebut (tahap decoding) dan kemudian melihat arti dari masing-masing pecahan tersebut di microcode. Ini menunjukkan bahwa tidak semua CPU memiliki microcode yang sama. Beda arsitektur berarti berbeda juga microcode-nya. Sebagai contoh, program yang dapat dijalankan di IBM PC tidak akan jalan di Apple Macintosh, begitu pula sebaliknya. Hampir semua instruksi memerlukan data untuk dioperasikan. Berdasarkan Addressing Modenya (bagaimana uP mendapatkan data yg dibutuhkan oleh suatu instruksi), instruksi-instruksi uP 8088 dapat dibedakan menjadi :
Addressing Mode Immediate Register Direct Register Indirect Displacement Direct atau Absolute
Contoh instruksi Add AX, 3F 5B Add AX, BX Add AX, [BX] Add AX, [BX+128] Add AX, [1001]
Arti AX AX + 3F 5B AX AX + BX AX Mem[BX] AX Mem[BX+128] AX Mem[1001]
-a 0EA0:0100 mov bx,000f
Immediate
0EA0:0103 mov ax,bx
Register Direct
0EA0:0105 mov ax,[bx]
Register Indirect
0EA0:0107 mov ax,[bx-1] Displacement 0EA0:010A mov ax,[000d] Direct/Absolute [0000]
[000D] [000F]
-d 0000 0EA0:0000 CD 20 00 A0 00 9A EE FE - 1D F0 4F 03 27 08 8A 03 0EA0:0010 25 08 17 03 25 08 2A 07 - 01 01 01 00 02 FF FF FF [0100] -t AX=0000 BX=000F CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0EA0 ES=0EA0 SS=0EA0 CS=0EA0 IP=0103 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0EA0:0103 89D8
MOV
AX,BX
-t AX=000F BX=000F CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0EA0 ES=0EA0 SS=0EA0 CS=0EA0 IP=0105 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0EA0:0105 8B07
MOV
AX,[BX]
DS:000F=2503
-t AX=2503 BX=000F CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0EA0 ES=0EA0 SS=0EA0 CS=0EA0 IP=0107 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0EA0:0107 8B47FF
MOV
AX,[BX-01]
DS:000E=038A
-t AX=038ABX=000F CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0EA0 ES=0EA0 SS=0EA0 CS=0EA0 IP=010A NV UP EI PL NZ NA PO NC 0EA0:010A A10D00
MOV
AX,[000D]
DS:000D=8A08
-t AX=8A08 BX=000F CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0EA0 ES=0EA0 SS=0EA0 CS=0EA0 IP=010D NV UP EI PL NZ NA PO NC
Soal – soal Latihan 1. Buatlah op code dari instruksi-instruksi dibawah ini secara manual(sertakan cara pengerjannya) 0F00 : 0000 0F00 : 0002
XOR BX,BX START :
MOV AX,ABCD
0F00 : 0005
ADD AX,BX
0F00 : 0007
JMP
0002
2. Tracing instruksi 0F00 : 0100
MOV AX,[BX]
0F00 : 0102
MOV CX,3490
0F00 : 0105
ADD AX,CX
0F00 : 0107
PUSH BX
0F00 : 0108
INC
CX
0F00 : 0109
OR
CX,AX
0F00 : 010B
JNZ
0102
0F00 : 010D
MOV AX,BX
Berikut diberikan inisialisasi awal untuk melakukan tracing memori : AX = 0000 BX = 0000 CX = 0000 DX = 0000 SP = 0011 BP = 0000 SI = 0000 DI = 0000 DS = 0FF0 ES = 0FF0 SS = 0FF0 CS = 0F00 Isi memori sebelum program dieksekusi : 0FF0 : 0000
E0 CD A1 52 FF 02 00 B8 3D 75 BB 0C 11 93 BC EE
0FF0 : 0010
97 01 12 B9 AC 11 CF 90 34 12 00 A0 BC 9B FF 1F
Lakukan tracing instruksi berawal dari alamat fisik 0F012!
Bab VI Komponen Penunjang Antarmuka 8088
Untuk dapat bekerja, mikroprosesor 8088 membutuhkan sistem penunjang atau komponenkomponen penunjang lainnya. Minimal mikroprosesor 8088 membutuhkan 2 buah IC ( Integrated Circuit ) untuk membantu kerjanya, yaitu : 1. IC 74LS373, yaitu latch ( flip-flop ) yang digunakan untuk memisahkan ( demultipleksing ) pin 9 – 16 menjadi 2 buah informasi yaitu Address dan Data. Sinyal ALE ( Address Latch Enable ) digunakan untuk memisahkan kedua informasi tersebut, dimana jika ALE = high ( level “1” ) maka pin 9 – 16 membawa informasi Address ( A ), sedangkan jika ALE = low ( level “0” ) maka pin 9 – 16 membawa informasi Data ( D ). 2. IC 8284 digunakan untuk menghasilkan sinyal CLOCK ( maksimum 5 Hz ), RESET, dan READY. Sesuai yang dijelaskan pada bab-bab sebelumnya bahwa sebuah sistem komputer memiliki komponen-komponen lain selain prosesor, seperti memori dan perangkat input output. Artinya prosesor tidak dapat bekerja sendiri, sepertinya halnya sebuah Personal Computer (PC) yang lengkap memiliki beberapa komponen penting pendukung seperti : 1. 8087 : arithmetic co-prosesor yang bertugas untuk membantu 8088 dalam menangani kalkulasi 2. 8237 : prosesor khusus untuk menangani DMA ( Direct Memory Access ) 3. 8251 : prosesor khusus untuk transaksi data serial ( terpasang pada IO card, tidak pada motherboard ) 4. 8253 : prosesor khusus untuk menangani timing 5. 8255 : prosesor khusus untuk transaksi data parallel 6. 8259 : Programmable Interrupt Controller 7. Dll. Hubungan prosesor dengan perangkat diluarnya membutuhkan interface / antarmuka. Komponen yang digunakan sebagai antarmuka ada beberapa macam, diantaranya yaitu decoder, encoder,
three state buffer, flip-flop, dan lain-lain. Berikut akan dijelaskan contoh komponen penunjang antarmuka pada Mikroprosesor 8088.
1. Decoder Agar dapat menyambungkan peranti memori ke mikroprosesor, diperlukan pendekodean alamat dari mikroprosesor untuk membuat fungsi memori pada bagian yang unik atau partisi dari peta memori. Tanpa pendekode alamat, hanya satu peralatan memori yang dapat dihubungkan ke mikroprosesor. Dekoder mengoreksi ketidakcocokan dengan mendekodekan alamat pin yang tidak terhubung ke komponen memori. Pendekodean dapat dilakukan dengan menggunakan sebuah IC dekoder 74LS138. Prinsip kerja IC dekoder ini dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 9. Gambar Decoder 3 to 8[4]
2. Three State Buffer Banyak perangkat tersambung pada bus data namun hanya satu perangkat yang aktif dalam satu waktu akses. Data bus menggunakan three state buffer sehingga dapat berkeadaan floating/ berimpedansi tinggi jika tidak sedang digunakan dan berimpedansi rendah pada saat diakses. Three state buffer adalah buffer yang bekerja dalam dua arah yaitu memasukkan data atau mengeluarkan data tergantung bit kendali. Mikroprosesor memiliki saluran bus data 8 bit dua arah artinya transfer data berlangsung pada 8 saluran parallel ke unit lain diluar CPU seperti memori atau port I/O atau dari unit memori dan port I/O ke dalam CPU. Berikut adalah gambar yang memperlihatkan prinsip kerja dua arah dari three state buffer pada saluran data :
C
output
input
Gambar 10. Gambar Prinsip Penggunaan Three State Buffer pada Saluran Data
Bab VII Interface 8088 dan Memori
1. Pengenalan Hubungan Mikroprosesor 8088 dan Memori System yang berdasarkan pada mikroprosesor baik yang sederhana maupun yang kompleks pasti mempunyai memori,Dalam hal ini, 8088 tidak berbeda dengan mikroprosesor lain.Hampir semua system terdiri dari dua jenis memori pokok, read-only memory (ROM), dan random access memory (RAM) atau read/write memory. Sebelum melakukan interfacing memori ke mikroprosesor, adalah sangat penting bagi kita untuk
benar-benar mengerti
operasi komponen-komponen memori sebelum berusaha
menginterface memori ke mikroprosesor.. Pada pembahasan kali ini akan dijelaskan fungsi dari empat tipe umum memori: - Memori hanya baca (ROM – Read Only Memory) - Memori flash (EEPROM) - Static random acces memory (SRAM) - Dinamic random acces memory (DRAM) 1.1. ROM Memori Read-only memori (ROM) secara permanen akan menyimpan program dan data yang residen pada system dan tidak berubah ketika catu daya diputuskan. ROM telah ada dalam beberapa bentuk sekarang ini. Adapun jenis - jenis dari ROM antara lain: a. PROM Jenis ROM dimana user bisa burn data didalam IC tersebut. Burn artinya adalah blowing fuse dengan menggunakan alat yang disebut ROM burner atau ROM programmer. PROM hanya dapat ditulis sekali. b. EPROM Jenis ROM yang bisa diprogram dan dihapus berkali-kali. Penghapusan EPROM memerlukan waktu 20 menit dengan disinari oleh sinar UV c. EEPROM
Jenis ROM yang metode penghapusannya menggunakan kelistrikan secara instan. EEPROM hanya bisa menghapus data pada salah satu bagian lokasi memory saja. d. Flash EPROM Jenis ROM yang bersifat user programmable, disebut flash karena untuk menghapus seluruh isi memory hanya membutuhkan waktu beberapa detik saja.
1.2. RAM Memori Merupakan media penyimpanan data yang bersifat volatile (data akan hilang ketika power supply diputus), dapat ditulisi dan dibaca berulang – ulang, dapat menyimpan informasi selama catu daya sistem mikroprosesor belum dimatikan, dan informasi akan hilang apabila catu daya memori dimatikan.
Contoh: RAM. Memori RAM digolongkan menjadi
dua, yaitu : memori statik dan memori dinamik. Jenis-jenis RAM : a. Static RAM ( SRAM ) Jenis RAM yang sel penyimpanan data pada memory RAM dibuat dari flip flop yang tidak perlu direfresh untuk menjaga data tersebut. Piranti static RAM memori akan menahan data sepanjang catu daya DC diterapkan. Oleh karena tidak ada aksi khusus yang diperlukan untuk menahan data yang disimpan, maka piranti ini disebut dengan static memory.Perbedaan pokok antara ROM dan RAM adalah bahwa RAM dituliskan kedalam operasi yang normal, sedangkan ROM deprogram diluar komputer.SRAM akan menyimpan data temporer dan digunakan ketika ukuran read / write memori relative kecil.Sekarang ini memori yang kecil adalah dibawah 256 Kbyte. b. Dynamic RAM ( DRAM ) Jenis RAM untuk keperluan baca dan tulis dengan menggunakan kapasitor untuk menyimpan informasi setiap bit. DRAM membutuhkan refresh untuk menjaga datanya akibat dari kebocoran kapasitor. Keuntungan menggunakan DRAM adalah kapasitas tinggi, biaya lebih rendah per bit, dan daya konsumsi lebih rendah per bit.Static RAM paling besar yang ada sekarang ini adalah 32K X 8.Dinamik RAM sebaliknya ada dalam beberapa ukuran yang lebih besar, hingga 4M x 1.Dalam semua hal DRAM pada pokoknya sama dengan SRAM kecuali bahwa DRAM menahan data untuk hanya kirakira 2 – 4 ms pada kapaitor yang terintegrasi. Setelah 2 – 4 ms, isi dari DRAM harus
secara lengkap dituliskan kembali atau disegarkan kembali karena kapasitor kehilangan arah. Dari pada menuntut tugas yang paling tidak mungkin untuk melakukan dari pembacaan isi setiap lokasi memori dengan program dan kemudian menuliskannya kembali, maka pabrik secara internal membuat DRAM sehinga, dalam versi 64K x 1, seluruh isi memori dapat disegarkan kembali dengan 256 pembacaan dalam interval 4ms.Penyegaran kembali juga akan terjadi selama penulisan dan selama cycle/ putaran penyegaran khusus.
1.3. Hubungan Pin Memori Hubungan pin yang umum untuk semua piranti memori adalah masukan (input) alamat, masukan/keluaran (input/Output) data, beberapa tipe masukan seleksi dan paling tidak satu input kontrol yang digunakan untuk menyeleksi operaso baca dan tulis. Seperti yang terlihat pada gambar berikut ini:
Gambar 11. Hubungan Pin Memori Secara Umum
Keterangan :
A0- AN digunakan sebagai masukan alamat
D0-DN digunakan sebagai masukan/keluaran data
Select digunakan untuk mengaktifkan fungsi chip select (CS)
Read digunakan untuk mengaktikan fungsi Output Enable (OE) untuk proses baca data dari memori
Write digunakan untuk mengaktikan fungsi write untuk proses tulis ke memori
1.1.1 Hubungan Alamat Semua piranti memori memiliki input alamat yang memilih lokasi memori di dalam peranti memori. Input alamat hampir selalu diberi label dari A0, yang paling kecil dari input sampai An dimana n bisa nilai apapun selalu diberi label sebagai kurang satu dari jumlah pin ( n = jumlah pin alamat – 1). Sebagai contoh sebuah memori yang memiliki 10 pin alamat memiliki pin yang diberi label A0 – A9. Jumlah dari lokasi memori dapat diperkirakan dari jumlah pin alamat. Sebagai contoh, peranti memori yang memiliki 10 (A0-A9) pin alamat
memiliki lokasi memori 210 =
1024 lokasi atau 1K (1024) lokasi memori begitu juga seterusnya. Sebagai contoh sebuah memori dengan jumlah bit data yang digunakan sebanyak 8 bit (1 Byte) dan jumlah lokasi memori 1024 (1K), dapat dinyatakan kapasitas memori sebesar 1024 x 8 bit = 1K-Byte atau 1KB. 400H mewakili bagian 1K-byte dari sistem memori. Jika peranti memori dikodekan untuk digunakan / dipasang pada sistem mikroprosesor dengan alamat awal memori 10000H, maka lokasi terakhir adalah pada lamat 103FFH ( satu lokasi kurang dari 400H). Memory Size
Memory Map
Address line used
256 Byte
00 – FF
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
512 Byte
000 – 1FF
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
1 Kbyte
000 – 3FF
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9
2 Kbyte
000 – 7FF
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10
4 Kbyte
000 – FFF
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11
8 Kbyte
0000 – 1FFF
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12
16 Kbyte
0000 – 3FFF
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13
32 Kbyte
0000 – 7FFF
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14
64 Kbyte
0000 – FFFF
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15
1.1.2 Hubungan data Semua peranti memori memiliki kumpulan data output/input. Hubungan data adalah titik dimana data dimasukkan untuk penyimpanan atau dikeluarkan untuk pembacaan. Pin data pada peranti memori diberi label D0-D7 untuk memori dengan lebar data 8 bit.
1.1.3 Hubungan seleksi Setiap peranti memori memiliki sebuah input – kadang-kadang lebih dari satu yang memilih atau mengenable peranti memori. Input jenis ini paling sering disebut masukan sebagai suatu pemilih chip (CS chip select), enable chip (CE chip enable), atau hanya pilih (S select). Memori RAM umumnya memiliki paling tidak satu input CS atau S, dan ROM paling tidak satu CE. Jika input CE, CS atau S aktif (sebuah logika 0 karena garis diatas), peranti memori memberikan sebuah pembacaan atau penulisan. Jika pin ini tidak aktif (sebuh logika1), peranti tidak dapat melakukan sebuah pembacaan atau penulisan data karena dimatikan atau didisabel. Jika ada lebih dari satu penghubung CS, maka semuanya harus diaktifkan untuk membaca atau menulis data.
1.1.4 Hubungan kontrol Semua peranti memori memilki beberapa beuntuk input kontrol atau banyak input kontrol. Sebuah ROM biasanya memiliki satu input kontrol, dimana RAM sering memiliki satu atau dua input kontrol. Input kontrol yang sering ditemukan pada ROM adalah output enable (OE) atau hubungan gerbang (G) gate, yang memungkinkan data mengalir keluar dari pin output data dari ROM. Jika OE tidak aktif, output tidak diaktifkan sehingga pembacaan data tidak dapat dilakukan.Input kontrol yang sering ditemukan pada peranti RAM memiliki satu maupun dua input kontrol. Jika ada satu input kontrol, Pin
ini
memilih
sering disebut sebagai R/W .
mode operasi pembacaan atau penulisan hanya jika peranti input CS
diaktifkan. Jika RAM memiliki dua input kontrol, biasanya diberi label WE (write enable) dan OE (output enable) atau G. disini WE difungsikan untuk mengaktifkan mode penulisan ke memori, sedangkan OE difungsikan untuk mengaktifkan mode pembacaan data dari memori. Kedua pin tidak boleh aktif bersamaan.
Gambar 12. Contoh Peranti memori EPROM 8KB 2764 (13 bit alamat) dan fungsi pin
Gambar 13. Contoh Peranti memori RAM 2KB 6116 (11 bit alamat) dan fungsi pin
2. Interfacing memori pada Mikroprosesor 8088 Mikroprosesor 8088 mempunyai 8-bit data bus, yang akan membuatnya ideal untuk dihubungkan ke piranti memori 8 – bit yang umum yang ada sekarang ini.Namun demikian, agar 8088 berfungsi secara benar dengan memori, system memori harus mengartikan kode alamat untuk memilih komponen memori, dan harus menggunakan signal control RD, WR, dan IO/M yang disediakan oleh 8088 untuk mengontrol memori. Susunan mode minimum untuk 8088 digunakan dalam bagian ini dan pada pokoknya sama dengan system mode maksimum untuk interface memori.Perbedaan utama adalah bahwa mode maksimum IO/M dikominasikan dengan RD untuk membuat sinyal MRDC, dan IO/M dikombinasikan dengan WR untuk membuat sinyal MWTC.Sinyal control mode maksimum ini dikembangkan didalam 8288 pengontrol bus.Dalam mode minimum, memori akan melihat 8088 sebagai piranti dengan 20 hubungan alamat (A19-A0), 8 hubungan bus data (AD7-AD0), dan sinyal control IO/M, RD, dan WR. Data di ROM hanya dapat dibaca saja sedangkan data di RAM dapat dibaca dan juga ditulis. Hal ini menyebabkan secara hardware mereka berbeda seperti yang terlihat pada gambar berikut
Gambar 14. Antarmuka 8088 dan ROM ( IC 2716 )[3]
Gambar 15. Antarmuka 8088 dan RAM ( IC 4016 )[3]
Pada gambar di atas dapat diperhatikan : 1. sambungan untuk data adalah langsung (direct connection) tanpa perantara. Dimana Dn dari i8088 disambungkan dengan Dn yg bersesuaian (n = 0..7)
2. sambungan untuk alamat tergantung pada Address Line yg dibutuhkan untuk mengaktifkan salah satu set flip-flop di dalam memori. Untuk kasus diatas salah satu dari set flip-flop akan diaktifkan dgn A0 – A10 dari i8088 3. sambungan bus kontrol adalah untuk memberikan sinyal RD atau WR dari 8088 ke 4016 untuk menandakan jenis akses data (apakah READ membaca data dari memori, ataukah WRITE menulis data ke memori). Dan untuk sinyal CS, karena hanya ada satu keping memori yg digunakan, maka pengaksesan memori hanya terjadi pada 2716 / 4016. Sehingga 2716 / 4016 tersebut selalu dalam keadaan aktif. Gambar (b) dan (c) merupakan cara lain (yg lebih sederhana) untuk menggambarkan interkoneksi (bus data dan bus alamat) antara 8088 dgn memori.
3. Interface 8088 dengan RAM dan ROM Proses antarmuka ROM ke 8088 memerlukan waktu tunggu yang menggunakan sinyal IO/M untuk membantu decoder. Contoh rangkaian seperti gambar 16 mengilustrasikan mikroprosesor 8088 yang dihubungkan ke delapan EPROM 2732, 4K x 8 piranti memori yang sangat umum digunakan sekarang ini.2732 mempunyai input alamat dan memori lebih banyak dibandingkan dengan 2716.Piranti ini akan menyebarkan 32 x 8 bit dari ruang alamat fisik 8088. Pada rangkaian ini decoder dihubungkan sedikit berbeda dari biasanya karena jenis EPROM ini mempunyai waktu akses 450 ns sedangkan ketika 8088 dioperasikan dengan 5-MHz clock diperlukan waktu 460 ns untuk mengakses memori.Oleh karena itu untuk mengatasi hal tersebut kita harus menambahkan gerbang NAND untuk membuat sinyal agar decoder dan sinyal pada piranti dapat membuat waktu tunggu.Waktu tunggu yang disisipkan setiap kali bagian memori ini dimasukkan, 8088 akan memberikan waktu 660 ns bagi EPROM untuk mengakses data.Ini merupakan waktu yang cukup bagi komponen memori yang membutuhkan 450 ns untuk akses data, bahkan dengan penundaan yang dibuat oleh decoder.
Gambar 16. Rangkaian interface EPROM 2732 dengan mikroprosesor 8088[4]
Interface pada RAM sedikit lebih mudah untuk dihubungkan dibandingkan dengan EPROM karena hampir semua komponen memori RAM tidak memerlukan pernyataan menunggu.Bagian yang ideal dari memori untuk RAM berada di bagian bawah, yang berisi vector untuk interupsi.Vektor interupsi sering diubah dengan paket software yang berbeda, sehingga agak penting untuk menuliskan sandi / encode bagian memori ini dengan RAM. Pada RAM, struktur internal pengaksesannya Sinyal WE dan OE akan mengaktifkan salah satu set dari 3-state buffer (jika WE diaktifkan ke arah data masuk ke dalam memori, jika OE diaktifkan ke arah data keluar dari memori). Untuk menyambungkan suatu keping memori dengan mikroprosesor dibutuhkan 3 penyambungan yaitu sambungan untuk data, alamat, dan kontrol. 1. Sambungan data adalah langsung karena pada umumnya lebarnya sama-sama 8 bit (D0 – D7) baik dari sisi i8088 maupun dari sisi memori. 2. Sambungan alamat tergantung dari kapasitas memori yg digunakan. Misalnya memori yg digunakan berkapasitas 2 Kbyte, berarti address line yg digunakan untuk mengakses suatu data pada memori tersebut adalah A0 – A10. Maka yang diambil dari i8088 adalah address line yg bersesuaian yaitu A0 – A10, dimana Pin A0 dari i8088 disambungkan
pada masukan A0 RAM, Pin A1 dari i8088 disambungkan pada masukan A1 RAM, Pin A2 dari i8088 disambungkan pada masukan A2 RAM, Pin A3 dari i8088 disambungkan pada masukan A3 RAM, dst… sampai Pin A10 dari i8088 disambungkan pada masukan A10 RAM. 3. Sambungan kontrol yg diperlukan adalah : a. sinyal CS: untuk mengaktifkan suatu keping memori. Sisa dari Address line yg tidak digunakan (A12 – A19) akan dipakai untuk mengaktifkan memori tersebut (masukan Chip Select).
Gambar 17. Konfigurasi Chip Select
b. untuk kasus RAM, sinyal Memory Read digunakan untuk memberitahu eeping memori yg telah diaktifkan pin CS-nya bahwa jenis akses adalah READ. Untuk itu digunakan sebuah gerbang OR untuk menggabungkan sinyal RD dan IO/M dari i8088. Sinyal Memory READ yang active-low ini akan disambungkan pada pin OE yang juga active-low. c. Untuk kasus RAM, sinyal Memory Write digunakan untuk memberitahu eeping memori yg telah diaktifkan pin CS-nya bahwa jenis akses adalah WRITE. Untuk itu digunakan sebuah gerbang OR untuk menggabungkan sinyal WR dan IO/M dari i8088. Sinyal Memory WRITE yang active-low ini akan disambungkan pada pin WE yang juga active-low.
Contoh : ingin dirancang sebuah Address Decoder yang menghubungkan antara Mikroprosesor 8088 dengan 2 buah memori, dimana memori 1 berkapasitas 8 Kbyte dan memori 2 berkapasitas 32 Kbyte. Langkah-langkah yang harus dilakukan adalah :
1. Membuat peta memori, dari peta memori ini akan diketahui alamat awal dan alamat akhir dari masing-masing memori dan address yang dibutuhkan untuk membuat address decoder 2. Dari address line yang dibutuhkan untuk address decoder, maka dapat dirancang/ atau ditentukan komponen yang akan digunakan. Dapat berupa gerbang logika atau sebuah decoder n to 2n Asumsi soal diatas diminta dengan alamat awal peta memori pada alamat 00000h. Peta memori untuk sistem diatas adalah sebagai berikut : Address line
Alamat awal dan Memori
A19 -------------------------------------------------A0
akhir
0000–1001–1111–1111–1111
= 09FFF
Memori 2
0000–0010–0000–0000–0000
= 02000
32 KByte
0000–0001–1111–1111–1111
= 01FFF
Memori 1
0000-0000–0000–0000–0000
= 00000
8 KByte
Address line yang tidak digunakan untuk hubungan data digunakan untuk hubungan alamat pada address decoder
D 0 s/d D7
Address Decoder
A0 s/d A14
A15
Memori 2
A16 A17 A18
/CS
A19 D 0 s/d D7
A13 A14 A15 A16 A17 A18 A19
A0 s/d A12 Memori 1
/CS
4. Timing Diagram Hal penting untuk kita memahami timing bus sistem sebelum memilih memori atau alat I/O untuk pengantarmuka dengan mikroprosesor 8088.
Pada pokok bahasan kali ini
memberikan pengertian mengenai operasi sinyal bus, dan timing baca/tulis dasar pada 8088. Tiga bus pada 8088 : alamat, data dan kontrol berfungsi dengan cara yang tepat sama dengan mikroprosesor lain. Jika data ditulis ke memori, mikroprosesor mengeluarkan alamat memori ke bus alamat, mengeluarkan data yang akan ditulis ke memori pada bus data, dan mengeluarkan sinyal write (WR) ke memori dan IO/M di set pada logika “0”. Jika data dibaca dari memori,
mikroprosesor mengeluarkan
alamat
memori
ke bus alamat,
mengeluarkan sinyal memori read (RD), dan menerima data melalui bus data. Mikroprosesor menggunakan memori dan I/O dalam periode yang disebut siklus bus. Setiap siklus bus sama dengan empat periode clocking sistem (level T). Selama periode pertama pada siklus bus, yang disebut T1, banyak hal yang terjadi. Alamat memori atau lokasi I/O dikirim melalui bus alamat dan hubungan bus alamat/data (termultipleks). Selama Siklus T1 sinyal –sinyal kontrol ALE, DT/R dan IO/M (8088) juga dikeluarkan. Sinyal IO/M atau menunjukan apakah bus berisi alamat memori atau nomor alat I/O (alamat Port I/O). Pada waktu T2, mikroprosesor 8088 mengeluarkan sinyal RD atau WR, DEN dan pada kasus write, data yang akan ditulis muncul pada bus data. Peristiwa - peristiwa ini menyebabkan memori atau perangkat I/O mulai melakukan baca/tulis. Sinyal DEN mengaktifkan buffer bus data, sehingga memori atau I/O dapat menerima data yang akan ditulis., atau sehingga mikroprosesor dapat menerima data yang dibaca dari memori atau I/O untuk operasi baca.
Gambar 18. Timing Baca (Read)
Selama T1 - Mikroprosesor mengeluarkan sinyal ALE mengaktifkan Latch Enable dari 74LS373 - Data Alamat A19-A0 dikeluarkan melalui Bus Alamat - DT/R di set pada logika “0” agar data input (dari memori/IO) dapat diambil dari buffer 74LS245 Selama T2 - Sinyal RD (Read) di kirimkan ke Memori atau I/O - DEN di set pada logika “0” sebagai sinyal enable buffer 74LS245 Selama T3 - Data Input dibaca dari memori melalui bus data
Gambar 19. Timing Tulis (write)
Selama T1 - Mikroprosesor mengeluarkan sinyal ALE mengaktifkan Latch Enable dari 74LS373 - Data Alamat A19-A0 dikeluarkan melalui Bus Alamat - DT/R di set pada logika “1” agar data out (ke memori/IO) dapat dilewatkan melaluiri buffer 74LS245 Selama T2 - Sinyal WR (Write) di kirimkan ke Memori atau I/O - DEN di set pada logika “0” sebagai sinyal enable buffer 74LS245 Selama T3 - Data Out ditulis ke memori melalui bus data
Soal- soal latihan 1. Berdasarkan gambar dibawah ini, keping memori yang diakses memiliki jangkauan alamat pada ( alamat awal-alamat akhir) =……….…………….
D7 – D0
A12 A13 A15
A14
A16 A17
/EN
0 1 2 3 4 5 6 7
/CS A11 – A0
A18 A19
2. Diberikan 3 buah RAM dengan kapasitas masing-masing 64 Kbyte dan 2 buah RAM dengan kapasitas masing-masing 32 Kbyte. Buatlah rangkaian address decodernya dengan alamat awal 80000h.
Bab VIII Interface 8088 dan I/O Dalam suatu system mikroprosessor, mikroprosessor bekerja dengan dukungan dari device/peripheral lain seperti memori, I/O equipment, ADC, interrupt device, dan lain-lain. IN adalah perintah untuk memindahkan data dari piranti I/O ke mikroprosesor dan OUT adalah perintah untuk memindahkan data keluar dari mikroprosesor ke piranti I/O.
1. Pengenalan Perangkat IO Piranti input yang utama adalah rangkaian 8 atau 16 three-state buffer dan piranti output utama adalah latch 8 atau 16 bit. 1.1. Interface Input Utama
Gambar 20. Rangkaian Port input dasar yang menggunakan switch sebagai alat input
8 three-state buffer digunakan untuk menyusun 8-bit port input yang dijelaskan dalam gambar 1.Perhatikan bahwa data TTL eksternal dihubungkan ke input dari buffer, dan output dari buffer dihubungkan ke bus alamat / data 8088.Hubungan tersebut memungkinkan mikroprosesor untuk membaca data dari bus alamt / data selama instruksi IN ke dalam register AL atau AX jika buffer 16 bit dan 16 switch digunakan dalam rangkaian.
Jika 8088 menjalankan IN, maka alamat port I/O dibaca dan membuat logika 0 pada input control ke buffer.0 pada input control akan menyebabkan buffer bergerak melalui data dari switch hingga ke bus alamt / data dimana input tersebut dibaca ke dalam register AL atau AX. Sirkuit input utama ini tidaklah optional, sirkuit ini selalu dimasukkan di dalam piranti input, atau jika tidak ada yang muncul, maka dia tentu seperti yang diilustrasikan.Hanya input tipe switch sederhana yang akan menggunakan buffer. 1.2. Interface Output Utama
Gambar 21. Rangkaian Port Output Yang Menggunakan Led Sebagai Alat Output
Interface output utama akan menerima data dari mikroprosesor dan biasanya berisi data untuk beberapa piranti eksternal.Penguatnya seperti dalam interface input juga sering dibuat kedalam piranti I/O karena tanpa penguat output yang dihasilkan akan lemah. Jika instruksi OUT dibuat, maka data dari AL atau AX akan dikirimkan ke latch melalui koneksi bus alamat / data.Pada Gambar ?? bus alamat / data dihubungkan ke input D dari latch octal 74LS374, dan output (Q) dihubungkan ke delapan LEDs. Dalam sirkuit ini, jika logika 0 adalah output ke Q, maka LED akan menyala.Setiap waktu OUT dibuat, maka decoder akan mengembangkan pulse-clock bagi latch octal untuk menangkap output dari bus alamat / data. 1.3. Handshaking Banyak piranti I/O yang menerima atau mengerjakan informasi dengan rentangan waktu yang lebih lambat dari pada mikroprosesor.Metode control I/O untuk menyesuaikan piranti I/O dengan
mikroprosesor disebut dengan handshaking atau polling.Misalnya jika printer hanya dapat mencetak 100 karakter per detik (CPS), maka program yang akan mencetak informasi akan memperlambat mikroprosesor agar sesuai dengan kecepatan printer.
Gambar 22. Interface antara printer dan system komputer
2. Jenis-jenis Pemetaan Perangkat IO 2.1. Berdasarkan port / nomor port yang digunakan Nomor port adalah nomor unik / tersendiri untuk mendakan perangkat mana yang akan diakses oleh 8088. Terdapat 2 jenis yaitu fixed addressing dan variable addressing, perbedaan antara keduanya dijelaskan melalui tabel dibawah ini.
Tabel 12. Perbedaan fixed addressing dan variable addressing Fixed Addressing Nomor port yang diakses ditulis langsung pada instruksinya Maksimum jumlah port yang bisa diakses adalah 256 Untuk pengaksesannya digunakan address bus A0-A7 Data bus yang digunakan bisa 8 bit (register AL) atau 16 bit (register AX) Contoh instruksi : IN AL, 00H
Variable Addressing Nomor port yang diakses ditulis terlebih dahulu ke register DX Maksimum jumlah port yang bisa diakses adalah 65536 Untuk pengaksesannya digunakan address bus A0-A15 Data bus yang digunakan bisa 8 bit (register AL) atau 16 bit (register AX) Contoh instruksi : IN AL, DX
2.2. Berdasarkan peta alamatnya Isolated I/O Pada isolated I/O ini antara memory dan I/O dibuat terpisah baik dari segi pemetaannya maupun instruksi pengakasesannya. Peta alamat memori dan peta alamat I/O dipisahkan dan untuk membedakan antara kedua jenis data alamat tersebut di gunakan sinyal IO/M, dimana saat IO/M bernilai logika ‘1’ data yang ada pada bus merupakan data dari perangkat I/O, sedangkan jika IO/M bernilai logika ‘0’ maka data yang ada pada bus saat itu merupakan data dari memori. Itu jika dilihat dari pemetaannya, sedangkan jika dilihat dari cara pengaksesannya, pada metode isolated I/O ini untuk mengakses port I/O digunaan perintah IN atau OUT sedangkan untuk mengakses memori tetap menggunakan perintah MOV.
Gambar 23. Peta Memori Isolated I/O[3] Memory-mapped I/O Pada metode ini pemetaan alamat I/O digabung dengan memori, dimana ada bagian tertentu dalam memori yang sengaja diperuntukkan untuk menyimpana data dari I/O, sehingga alamat memori tersebut berubah fungsi menjadi alamat I/O. Unutk pengaksesan data baik dari I/O maupun memori tetap menggunakan instruksi MOV.
Gambar 24. Peta Memori mapped I/O[3]
Dalam perancangan address decoder sangat dipengaruhi sekali dengan pemetaan memori. Kapasitas berapa saja yang akan di-decoder-kan. Dalam perancangannya terdapat 4 jenis, yaitu: a. Fixed addressing + isolated I/O. Dalam perancangannya, design ini menggunakan address line 8 bit (A0 s.d A7) dan menggunakan sinyal IO/M. Misal Dip Switch tersebut akan diakses pada alamat 04H = (A7)0000 0100(A0) maka desain Decodernya seperti gambar berikut
Gambar 25. Desain Decoder Fixed addressing + isolated I/O
Pada gerbang OR diatas, instruksi IN AL, 04 akan mengaktifkan outputnya, karena :
Instruksi IN akan mengaktifkan sinyal RD (0 volt) dan juga sinyal IO (IO/M = 5 volt)
Nomor port 04 akan memberikan nilai yg sesuai pada address line A0 sampai dengan A7
b. Fixed addressing + memory mapped I/O. Dalam perancangannya, design ini menggunakan address line 8 bit (A0 s.d A7) dan tidak menggunakan sinyal IO/M. Misal Dip Switch tersebut akan diakses pada alamat 04H, sinyal IO/M tidak perlu di-decode-kan dan instruksinya menjadi MOV AL,[04] maka desain Decodernya seperti gambar berikut
Gambar 26. Desain Decoder Fixed addressing + Mapped I/O
Tanpa adanya dekoding sinyal IO/M, maka tidak akan ada lagi yg membedakan antara akses ke IO dgn akses ke memori. Dalam hal ini semua akses ke IO dianggap sama dgn akses ke memori. Oleh karenanya tidak ada lagi instruksi IN dan OUT yg menyebabkan sinyal IO/M berharga 5V dan akan digantikan dgn instruksi MOV yg menyebabkan sinyal IO/M berharga 0V c. Variable addressing + isolated I/O. Dalam perancangannya, design ini menggunakan address line 16 bit (A0 s.d A15) dan menggunakan sinyal IO/M. Misal Dip Switch tersebut akan diakses pada alamat 04H, address line yg masuk ke Address Decoder (gerbang OR diatas) adalah A0 – A15 tidak hanya sampai A7 saja. maka desain Decodernya seperti gambar berikut
Gambar 27. Desain Decoder Variable addressing + isolated I/O
Instruksi untuk mengaktifkannya menjadi: MOV DX,0004 IN AL,DX
d. Variable addressing + memory mapped I/O.
Dalam perancangannya, design ini menggunakan address line 16 bit (A0 s.d A15) dan tidak menggunakan sinyal IO/M. Misal Dip Switch tersebut akan diakses pada alamat 04H, address line yg masuk ke Address Decoder (gerbang OR diatas) adalah A0 – A15 tidak hanya sampai A7 saja. Dan sinyal IO/M tidak perlu di-decode-kan dan instruksinya menjadi MOV AL,[DX] (setelah terlebih dahulu mengisi DX dengan 0004) .
3. PPI 8255 Dalam suatu sistem mikroprosessor dimungkinkan suatu mikroprosessor dapat berkomuni-kasi dengan peralatan yang lain. Karena seringkali data pada peralatan lain yang berada di luar mikroprosessor mempunyai format dan kecepatan yang berbeda maka diperlukan suatu antarmuka. Komunikasi data dapat dilakukan dengan dua cara yaitu : a. Transfer data paralel (dengan PPI 8255) Transfer data paralel memerlukan jumlah saluran sebanyak jumlah bit data yang dikirimkan. Pada umumnya, di dalam komputer semua data dikirim/ditransfer secara paralel melalui saluran data bus. b. Transfer data serial (dengan PCI 8251-USART) Transfer data serial hanya menggunakan satu buah saluran dalam pengiriman data. Untuk transfer data antar komputer pada umumnya menggunakan teknik transfer data serial agar lebih praktis dan efisien. Programmable peripheral interface (PPI) 8255 adalah IC yang digunakan sebagai antarmuka yang menghubungkan sistem mikroprosessor dengan peralatan lain. Berikut digambarkan hubungan PPI dengan peralatan lain :
CPU
data
PPI
data
8255
kontrol alamat
Peralatan I/O
kontrol alamat
Gambar 28. Hubungan PPI dengan peralatan lain
3.1. Blok Diagram dan Port-Port pada PPI 8255. Gambar blok diagram dan pin-pin keluaran untuk IC 8255 :
Gambar 29. Blok Diagram PPI 8255 IC 8255 merupakan suatu perangkat antarmuka yang dapat diprogram. Perangkat ini mempunyai
empat port dan masing-masing mempunyai 8-bit jalur I/O. Setiap port dapat
diprogram masing-masing sebagai port input maupun port output, chip ini juga disiapkan untuk melakukan proses handshaking untuk memastikan transfer data dari dan ke port-port. Keempat port tersebut adalah: a. Port A Mempunyai 8 jalur yang dapat diprogram sebagai jalur input maupun output. Kedelapan jalur tersebut (A0-A7) harus diprogram seragam, baik sebagai input semua maupun output semua. b. Port B Mempunyai 8 jalur yang dapat diprogram sebagai jalur input maupun output. Kedelapan jalur tersebut (B0-B7) harus diprogram seragam, baik sebagai input semua maupun output semua. c. Port C Port ini terdiri dari dua bagian yaitu port C upper (PC upper) dan port C lower (PC lower), masing-masing terdiri dari 4 bit I/O dan dapat diprogram secara independen sebagai input atau output.
d. Port Control Port control adalah port yang digunakan untuk mendefinisikan fungsi dari port-port lainnya. Port ini tidak bisa dijadikan sebagai input atau output. Secara garis besar, PPI 8255 mempunyai 24 pin I/O yang terbagi menjadi:
Group A terdiri dari: Port A (A0-A7) dan port C upper (C4-C7)
Group B terdiri dari: Port B (B0-B7) dan port C lower (C0-C3)
Dari gambar diatas kita dapat menentukan alamat masing-masing port. Tidak ada alamat tertentu untuk port-port pada PPI, keempat buah port tersebut diidentifikasi dari pin A1 dan A0. Tabel 13. alamat port pada PPI Port Port A Port B Port C Port Kontrol
Diakses saat A1 A0 0 0 0 1 1 0 1 1
Keterangan Menyimpan data dari/untuk port A Menyimpan data dari/untuk port B Menyimpan data dari/untuk port C Mengontrol kerja 3 port yang lain
3.1.1 Control Word Ketika 8255 di-reset (dikembalikan ke kondisi awal), semua port-port difungsikan sebagai input. Tetapi jika port-port diinginkan tidak digunakan sebagai input, sebuah control word harus dikirim ke 8255 untuk mengubah mode-mode operasi port. Control Word merupakan data 8-bit yang mengandung informasi untuk menginisialisasikan fungsi PPI 8255. Format dari Control Word adalah:
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0 GROUP B PORT C ( LOWER ) 1 = INPUT 0 = OUTPUT PORT B 1 = INPUT 0 = OUTPUT MODE SELECTION PORT B 0 = MODE 0 1 = MODE 1
GROUP A PORT C ( UPPER ) 1 = INPUT 0 = OUTPUT PORT A 1 = INPUT 0 = OUTPUT MODE SELECTION PORTA 00 = MODE 0 01 = MODE 1 1X = MODE 2
MODE SET FLAG 1 = AKTIF
Gambar 30. Format Control Word[4]
Contoh: Nilai Control Word (CW) diset = 8AH 8AH = 100010102 D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
0
0
0
1
0
1
0
Gambar 31.Contoh Format Control Word
Penjelasan pada CW di atas misalnya pada instruksi: MOV AL,8Amaka dari data CW tersebut dapat diperoleh informasi bahwa PPI bekerja pada mode 0, Port A dan Port C lower menjadi output, Port B dan Port C upper menjadi input.
*cat : jika tidak ada keterangan apa-apa anggap bekerja pada mode 0
3.1.2 Set/Reset Set/Reset merupakan operasi untuk mengeset atau me-reset bit-bit pada port C. Adapun syarat yang harus dipenuhi agar port C dapat menjalankan operasi khusus ini adalah:
PPI bekerja pada mode 0
Port C harus di-set sebagai output
Dari syarat di atas, maka control word (CW) yang mungkin digunakan untuk mengakses operasi Set/Reset yaitu 80H, 82H, 90H, dan 92H. CW spesial ini dipakai pada inisialisasi sebelum menggunakan operasi Set/Reset
Format CW Set/Reset itu sendiri adalah sebagai berikut: D7
D6
D5
D4
0
X
X
X
DON’T CARE
BIT SET/RESET FLAG ‘0’ = AKTIF
D3
D2
D1
D0
‘0’ = RESET ‘1’ = SET
BIT SELECT: 000 = SELECT PORT C BIT 0 001 = SELECT PORT C BIT 1 010 = SELECT PORT C BIT 2 011 = SELECT PORT C BIT 3 100 = SELECT PORT C BIT 4 101 = SELECT PORT C BIT 5 110 = SELECT PORT C BIT 6 111 = SELECT PORT C BIT 7
Gambar 32. Format Set/Reset[4]
Contoh :
mengesetport C3 : 0
0
0
0
0
1
1
‘1’ = SET
1
‘011’ = OPERASI PADA PORT C3
DON’T CARE MISAL : 000
BIT SET/RESET FLAG ‘0' = AKTIF
Gambar 33.Contoh Format Set C3
me-reset Port C7 : 0
1
0
1
1
1
1
0
‘1’ = RESET
‘111’ = OPERASI PADA PORT C7
DON’T CARE MISAL : ‘101’
BIT SET/RESET FLAG ‘0' = AKTIF
Gambar 34.Contoh Format Reset C7
3.1.3 Mode-mode pada PPI 8255[4] Pada PPI terdapat tiga port yang dapat diprogram dan dioperasikan sebagai input/output. Perbedaan masing-masing mode ini terutama terletak pada proses handshaking. Handshaking adalahproses persetujuan antara dua piranti dalam pengiriman atau pertukaran data yang terjadi dalam mikroprosessor, handshaking secara umum diperlukan karena 2 piranti yang berhubungan beroperasi pada kecepatan yang berbeda. Tiga pararel Port ini dapat diprogram dalam 3 macam mode, yaitu:
a. Mode 0, Basic Input/Output Pada mode ini, setiap port bekerja secara independen. Masing-masing port bisa sebagai input atau output biasa tanpa proses handshaking. Jika port A dan port B digunakan pada mode 0, maka port C upper maupun port C lower dapat berfungsi bersama-sama sebagai port 8-bit ataupun mempunyai fungsi masing-masing sebagai portport 4-bit. Jika Port C digunakan sebagai output, maka bit-bit Port C dapat di-set atau direset secara individual dengan mengirimkan control word khusus ke kontrol register. Ketika control word dikirim ke register, PPI 8255 akan memeriksa kondisi logika bit D7 dari control word. Jika sebagai control word, D7 bernilai bit 1, sedangkan jika D7 bernilai 0, maka control word tersebut diartikan sebagai operasi bit set/reset yang digunakan untuk mengeset atau reset bit-bit pada port C. Proses komunikasi pada mode ini yaitu pengirim akan langsung mengirim data pada penerima. Pengirim tidak akan mengecek apakah penerima telah siap atau tidak, Karena tidak terjadi proses handshaking pada mode ini. b. Mode 1, Strobe Input/Output Pada mode 1, jalur-jalur pada port C digunakan untuk mengontrol handshaking untuk transfer data (single handshake). Sinyal – sinyal kontrol ini mempunyai definisi yang berbeda disesuaikan dengan penggunaan port A dan port B apakah sebagai input atau output. 1) Jika Port A dan Port B diinisialisasikan sebagai input, maka
PC0, PC1 dan PC2 digunakan sebagai jalur handshake untuk port B
PC3, PC4 dan PC5 digunakan sebagai jalur handshake untuk port A
PC6 dan PC7 digunakan sebagai jalur input atau output. Jika D3 pada CW = 1 maka PC6 dan PC7 adalah input
Tabel 14. Konfigurasi jalur Port C pada saat Mode 1 Input PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7
INTRB
IBFB
STBB
INTRA
STBA
IBFA
I/O
I/O
Proses hubungan pada mode 1 sebagai input bisa digambarkan sebagai berikut:
Perangkat akan memberitahukan PPI 8255 dengan STB (strobe) Kemudian devais pengirimkan data ke PPI 8255 Setelah pengiriman selesai, PPI 8255 merespon dengan IBF (input buffer full). Proses pengiriman data dari perangkat ke PPI 8255 selesai Kemudian PPI 8255 mengirim sinyal INTR (interrupt) ke mikroprosessor Kemudian, mikroprosessor akan menanggapinya dengan mengirim sinyal RD (read) Kemudian PPI 8255 akan mengirim data ke mikroprosessor.
Gambar 35. Struktur mode 1 sebagai Input 2) Jika Port A dan Port B diinisialisasikan sebagai output, maka
PC0, PC1 dan PC2 digunakan sebagai jalur handshake untuk Port B
PC3, PC6 dan PC7 digunakan sebagai jalur handshake untuk Port A
PC4 dan PC5 digunakan sebagai jalur input atau output. Jika D3 pada CW = 1 maka PC4 dan PC5 adalah input
Tabel 15. Konfigurasi jalur Port C pada saat Mode 1 Output PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7
INTRB
OBFB
ACKB
INTRA
I/O
I/O
ACKA
ACKA
Proses hubungan pada mode 1 sebagai output bisa digambarkan sebagai berikut: Mikroprosessor akan mengirim sinyal WR (write) ke PPI 8255
Kemudian mikroprosessor pengirimkan data ke PPI 8255. Proses pengiriman data dari mikroprosessor ke PPI 8255 selesai Setelah itu PPI 8255 akan mengirim sinyal OBF (output buffer full) keperangkat Kemudian PPI 8255 akan mengirim data ke perangkat Setelah menerima semua data, perangkat akan merespon dengan sinyal ACK (acknowledge) ke PPI 8255 Kemudian PPI 8255 akan memberitahukan ke mikroprosessor bahwa data telah sampai ke devais dengan INTR (interrupt).
Gambar 36. Struktur mode 1 sebagai Output Ingat mode 1 hanya dapat digunakan pada port A dan port B saja. Sedangkan port C hanya dapat digunakan pada mode 0.
c. Mode 2, Bi-directional Bus Mode 2 hanya dapat diinisialisasikan untuk port A. Pada mode ini port A dapat digunakan untuk bidirectional handshake dalam pengiriman data. Artinya output pada 8bit jalur yang sama, port C digunakan untuk mengontrol handshaking.
Tabel 16. Konfigurasi jalur Port C pada saat Mode 2 PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7
I/O
I/O
I/O
INTRA
STBA
IBFA
ACKA
ACKA
Gambar 37. Struktur mode 2
Jika Port A diinisialisasikan sebagai mode 2 maka pin PC3 sampai PC7 digunakan sebagai jalur handshake untuk port A. PPI 8255 mempunyai mode dua ini untuk dapat memperlebar sistem bus sampai slave mikroprsessor atau untuk mengirim data ke dan dari controller floppy disk.
4. Antarmuka PPI 8255 dan I/O (Switch,LED, 7 seg) 4.1. Antarmuka Masukan Dasar Piranti masukan dasar adalah buffer 3-state. Piranti keluaran dasar adalah kumpulan lacth data. Buffer 3-state digunakan untuk membuat port masukan 8-pin yang digambarkan dalam gambar 20. Perhatikan bahwa data TTL luar (toggle
switch sederhana dalam
contoh ini) dihubungkan ke masukan buffer. Keluaran buffer dihubungkan ke bus data. Ketika mikroprosesor mengeksekusi instruksi IN, port I/O didekode untuk menghasilkan logika “0” pada SEL. Logika “0” ditempatkan pada pada output dari kendali input (OE1 dan OE2) buffer 74LS541 yang mengakibatkan koneksi input data (D) disambungkan ke koneksi data output (Q). jika Logika “1” diletakkan pada output dari kendali input buffer dari 74LS541.piranti tersebut akan masuk ke mde 3 keadaan dengan impendasi tinggi yang secara efektif memutuskan koneksi saklar dari bus.
Gambar 38. Antarmuka masukan dasar yang mengilustrasikan koneksi 8 buah switch
4.2. Antarmuka Keluaran Dasar Antarmuka keluaran dasar menerima data dari miroprosesor dan lazimnya menggunakan penahan data untuk berhubungan dengan piranti luarnya. Penahan data ini disebut dengan latch atau flip-flop. Latch seperti buffer yang dipakai pada piranti masukan, yang sering pula dipakai dalam piranti I/O. Gambar 21 adalah suatu contoh yang sederhana bagaimana membangun suatu rangkaian keluaran untuk keperluar I/O. Latch dibutuhkan untuk menahan data, karena ketika mikroprosesor mengeksekusi instruksi OUT, data hanya terdapat pada bus data dengan waktu penahan yang sangat singkat. Tanpa latch ini kita tidak akan pernah melihat LED bercahaya. Ketika instruksi OUT dilakukan data dari AL dipindahkan ke latch melalui bus data. Disini, masukan D pada lacth octal 74ALS374 dihubungkan ke bus data untuk menangkap data keluaran , dan keluaran Q dari latch disambungkan ke LED. Pada saat keluaran Q berada pada logika “0”, LED bercahaya. Setiap waktu instruksi OUT dilakukan sinyal SEL ke latch aktif, menangkap keluaran data ke latch dati setiap bagian 8-bit bus data. Data disimpan sampai instruksi OUT berikutnya dilaksanakan. Dengan demikian kapanpun instruksi keluaran dilakukan dalam rangkaian ini, data dari register AL tampak pada LED.
Gambar 39. Antarmuka keluaran dasar yang dihubungkan ke 8 peraga LED
Pendekodean alamat dari gerbang I/O adalah sama dengan pendekodean alamat memori. Hanya saja pada sinyal kontrol untuk melakukan Read dan Write yang dikombinasikan dengan sinyal IO/M=1 (IO/M=0 untuk akses memori). Perbedaan lainnya yang paling utama adalah antara pendekodean memori dan I/O tersiolasi memori ada pada jumlah pin-pin alamat yang dihubungkan dengan dekoder. Kita mendekodekan A19-A0 untuk memori dan A15-A10 untuk gerbang I/O.
Pendekodean Alamat I/O 8 bit (00h-FFh) Seperti yang telah dijelaskan, perintah tetap I/O menggunakan 8-bit dari alamat gerbang I/O yang terlihat pada A15-A0 sebagai 0000H – 00FFH. Jika sistem tidak memiliki lebih dari 256 peranti I/O, kita sering hanya mendekodekan alamat yang menghubungkan A7-A0 sebagai gerbang pengalamatan 8-bit. Maka kita dapat mengabaikan alamat yang menghubungkan A15A8. Harap dicatat bahwa register DX selalu dapat mengalamatkan gerbang I/O sebagai 00HFFH.
Pendekodean Alamat I/O 16 bit (0000H – FFFFH) Kita juga dapat mendekodekan alamat I/O 16 bit, khususnya didalam sistem komputer
personal (PC). Perbedaan yang paling utama antara pendekodean alamat I/O 8-bit dengan pendekodean alamat I/O 16-bit adalaha adanya jalur alamat tambahan (A15-A8) yang harus didekodekan.
Gambar 40. Conoh Rangkaian Aplikasi 2 Digit 7 Segmen pada Pendekodean Alamat I/O 16 bit
5. Pemrograman pada PPI 8255 Pada pemrograman, alamat port PPI 8255 disimpan di register DX karena fungsinya digunakan untuk menyimpan alamat port I/O (ingat materi modul I).
Data yang akan dikirimkan melalui port tertentu bisa di simpan terlebih dahulu di register AL (bagian low register AX).
Contoh instruksi-instruksi pada pemrograman PPI 8255: OUT DX,AL
perintah untuk mengeluarkan data yang ada di AL pada port yang alamatnya tersimpan di DX (perintah ini tidak mengubah isi register DX).
IN AL,DX
perintah untuk membaca data pada port yang alamatnya tersimpan di DX, dan register AL akan terisi sesuai data yang terbaca.
MOV DX,FF13
FF13 akan dikenal sebagai alamat port karena di simpan di register DX.
Pada setiap pemrograman yang menggunakan PPI 8255 harus dilakukan inisialisasi control word, contohnya: Nilai control word (CW) = 8CH, maka program inisialisasinya adalah: MOV
DX,FF13
MOV
AL,8C
OUT DX,AL Nilai 8CH dikenal sebagai control word karena dikeluarkan di alamat FF13 (alamat control). Setelah proses inisialisasi inilah kita dapat menggunakan port A, B, dan C sesuai dengan yang kita butuhkan. Pada contoh CW=8CH hal ini port A mode 0 sebagai output, port C upper sebagai input (ingat port C hanya menggunakan mode 0), port B mode 1 sebagai output, port C low sebagai output. Ingat bahwa saat menggunakan mode 1 ataupun mode 2, maka sebagian jalur pada port C digunakan.Untuk itu pengaturan input ataupun output hanya berlaku pada kaki I/O saja (lihat tabel konfigurasi mode 1 dan mode 2).
Bab IX Interupsi
Secara umum interupsi berarti menyela seperti ketika orang sedang mengetik akan menghentikan pekerjaannya jika mendengar dering telepon, kemudian akan melanjutkan ketikannya setelah aktivitas menerima telepon berakhir.Dalam system mikroprosesor, orang tersebut dapat dianalogikan dengan prosesor yang sedang mengeksekusi program utama, dimana program utamanya adalah melakukan pengetikan.Dering telepon adalah interupsi, sedangkan aktivitas mengangkat telepon dan seterusnya sampai percakapan telepon selesai dapat dianalogikan sebagai interrupt service routine. Interupsi adalah upaya untuk mengalihkan perhatian 8088 dari program yg sedang dikerjakan untuk memberikan pelayanan khusus terlebih dahulu pada yang menginterupsinya. Interupsi digunakan ketika terhubung dengan peralatan I/O yang menyediakan atau membutuhkan transfer data yang rendah.
Gambar 41. Contoh proses interupsi
Bila terjadi interupsi, maka komputer akan menghentikan dahulu apa yang sedang dikerjakannya dan melakukan apa yang diminta oleh yang menginterupsi.
1. Jenis-jenis Interupsi Ada dua jenis interupsi yaitu interupsi software dan hardware. Interupsi hardware adalah interupsi yang ditimbulkan oleh perangkat keras lewat pin NMI dan INTR pada prosesor. Contoh interupsi harware adalah interupsi timer, keyboard, I/O dsb. Sedangkan interupsi software adalah
lebih mirip sub rutin atau prosedur yang dihasilkan dengan menggunakan instruksi INT. Interupsi software lebih banyak dipakai dalam kode program assembly secara langsung. Dilihat dari siapa yang menginterupsinya, interupsi dapat dibedakan menjadi 2, yaitu : a.
Software Generated Interupsi ini dihasilkan oleh instruksi INT yang diikuti nomor interupsinya. Contoh INT 13
berarti interupsi nomor 13H. Tipe interupsi ini ada 2 jenis : 1. Interupsi yg dihasilkan oleh ROM BIOS : untuk nomor interupsi 0 s.d. nomor interupsi 1FH 2. Interupsi yg dihasilkan oleh sistem operasi yg digunakan :untuk nomor interupsi 20H keatas Pada setiap selesai melaksanakan suatu instruksi, 8088 akan memeriksa apakah ada permintaan interupsi. Jika ada dan flag interupsi pada mikroprosesor (IF) mempunyai nilai 1 atau set, artinya mikroprosesor mengijinkan adanya interupsi. Adanya instruksi INT dalam program akan menyebabkan mikroprosesor 8088 meninggalkan program yg sedang dikerjakan, dan mengerjakan routine khusus untuk nomor interupsi tersebut. Setelah routine tersebut selesai dikerjakan, maka mikroprosesor 8088 akan kembali ke program semula yg tadinya ditinggalkan. Urutan kerja mikroposesor 8088 saat mengerjakan instruksi INT XX (dapat berharga 00H sampai FFH) : 1. Menyimpan isi register ke Stack Langkah ini ditujukan untuk mengembalikan isi register setelah routine XX selesai dijalankan. Proses yang dilakukan dalam tahap ini adalah : a. Push Flag b. Clear Interrupt Flag c. Clear Trap Flag d. Push CS e. Push IP 2. Mencari alamat routine XX Sebelum menjalankan routine XX, mikroprosesor 8088 harus mencari terlebh dahulu dimana routine XX tersebut berada. Untuk mendapatkan alamat routine tersebut, mikroprosesor 8088 akan mencari di Interrupt Vector Table (IVT) yang ada dialamat
00000H sampai 003FFH (setiap nomor interupsi membutuhkan 4 byte alamat yang disimpan oleh IVT : 2 byte untuk alamat segment dan 2 byte untuk alamat offset) 3. Lompat ke alamat routine XX Melompat ke instruksi awal dari routine XX dengan melakukan lompatan JMP SSSS:OOOO dimana SSSS adalah alamat segment dan OOOO adalah alamat offset. 4. Mengerjakan routine XX Mikroprosesor 8088 akan mengerjakan semua instruksi yang ada sampai ditemukan instruksi IRET (Interrupt Return) 5. Kembali ke program semula Jika instruksi IRET dikerjakan, maka semua isi register yang tadi disimpan akan dikembalikan. Proses yang dilakukan pada tahap ini adalah : a. Pop IP b. Pop CS c. Set Trap Flag d. Set Interrupt Flag e. Pop Flag b. Hardware Generated Dihasilkan dengan mengaktifkan sinyal interrupt pada pin 18 di mikroprosesor 8088 (active high). Adanya sinyal +5V pada pin 18 pada 8088 akan menyebabkan 8088 meninggalkan program yg sedang dikerjakan, dan mengerjakan routine khusus untuk nomor interupsi tersebut. Setelah routine tersebut selesai dikerjakan, maka 8088 akan kembali ke program semula yg tadinya ditinggalkan. Urutan kerja mikroprosesor 8088 saat mendapatkan sinyal aktif pada pin 18 (INTR) : 1) Menyimpan isi register ke Stack Langkah ini ditujukan untuk mengembalikan isi register setelah routine XX selesai dijalankan. Proses yang dilakukan dalam tahap ini adalah : a.
Push Flag
b.
Clear Interrupt Flag
c.
Clear Trap Flag
d.
Push CS
e.
Push IP
2) Mengaktifkan sinyal INTA Langkah ini ditujukan agar Interrupt Controller memberitahukan mikroprosesor 8088 nomor interupsinya 3) Membaca nomor interupsi Pada proses ini mikroprosesor 8088 membaca kondisi Address Bus AD0 – AD7 untuk mengetahui siapa yang menginterupsinya. 4) Mencari alamat routine untuk nomor interupsi tersebut Sebelum menjalankan routine yang diminta, mikroprosesor 8088 harus mencari terlebih dahulu alamat atau posisi dari routine tersebut. Untuk mendapatkan alamat routine tersebut, mikroprosesor 8088 akan mencarinya di IVT yang sama dengan tabel untuk Software Generated Interrupt. 5) Lompat ke alamat routine tersebut Melompat ke instruksi awal dari routine dengan melakukan lompatan JMP SSSS:OOOO dimana SSSS adalah alamat Segment dan OOOO adalah alamat Offset. 6) Mengerjakan routine tersebut Mikroprosesor 8088 akan mengerjakan semua instruksi yang ada sampai ditemukan instruksi IRET (Interrupt Return) 7) Kembali ke program semula Jika instruksi IRET dikerjakan, maka semua isi register yang tadi disimpan akan dikembalikan. Proses yang dilakukan pada tahap ini adalah : a.
Pop IP
b.
Pop CS
c.
Set Trap Flag
d.
Set Interrupt Flag
e.
Pop Flag
Hardware interupt selain INTR juga ada NMI (non maskable interrupt) yang berarti interupsi yang tidak dapat diinterupsi dan dapat menginterupsi prosedur interupsi yang sedang berjalan. NMI biasa digunakan untuk mendeteksi ada power failure. Misal: suatu ketika tiba- tiba daya listrik ke uP 8088 drop. Maka sinyal interupsi masuk ke pin 17 (NMI) untuk menjalankan interrupt tipe 2 dan semua data disimpan ke battery backed-up memory.
2. Interrupt Vector Setiap interrupt akan mengeksekusi interupt handlernya masing-masing berdasarkan nomornya. Sedangkan alamat dari masing- masing interupt handler tercatat di memori dalam bentuk array yang besar elemennya masing-masing 4 byte yang berlokasi di memori 0000H03FFH. Keempat byte ini dibagi lagi yaitu 2 byte pertama berisi kode offset sedangkan 2 byte berikutnya berisi kode segmen dari alamat interupt handler yang bersangkutan. Jadi besarnya array itu adalah 256 elemen dengan ukuran elemen masing-masing 4 byte. Total keseluruhan memori yang dipakai adalah sebesar 1024 byte (256 x 4 = 1024) atau 1 KB dan disimpan dalam lokasi memori absolut 0000h sampai 3FFh. Array sebesar 1 KB ini disebut Interupt Vector Table (Table Vektor Interupsi). Nilai-nilai yang terkandung pada Interupt Vector Table ini tidak akan sama di satu komputer dengan yang lainnya. Untuk mencari alamat awal dari suatu nomor interupsi digunakan rumus: Alamat Awal = 4 * Nomor-Interupsi
Sedangkan interupt yang berjumlah 256 buah ini dibagi lagi ke dalam 2 macam yaitu: - Interupt 00h - 1Fh (0 - 31) adalah interrupt BIOS dan standar di semua komputer baik yang menggunakan sistem operasi DOS atau bukan. Lokasi Interupt Vector Table-nya ada di alamat absolut 0000h-007Fh. - Interupt 20h - FFh (32 - 255) adalah interrupt DOS. Interrupt ini hanya ada pada komputer yang menggunakan sistem operasi DOS dan Interupt Handler-nya di-load ke memori oleh DOS pada saat DOS digunakan. Lokasi Interupt Vector Table-nya ada di alamat absolut 07Fh-3FFh.
3. Interrupt Service Routine Ada beberapa instruksi interrupt service routine antara lain: INT, INT3, BOUND, INTO, IRET a.
INT n dimana menjalankan prosedur/rutin interupsi pada alamat (4 byte) yang disimpan di vektor “n”. Cara menghitung alamat vektor table: mis INT 5 5 x 4 = 20 (14h) maka alamat awal vektor interupsi 5 di 00014h sampai 00017h (karena 4 byte)
b.
BOUND merupakan instruksi interupsi yang membandingkan 2 buah operand antara sebuah register dan 2 buah word dari memori data. Mis : BOUND AX,DATA register AX dibandingkan isi DATA dan DATA+1 juga dengan DATA+2 dan DATA+3
Jika (isi register AX lebih kecil dari DATA dan DATA+1) atau (isi register AX lebih besar dari DATA+2 dan DATA+3) maka BOUND akan menjalankan prosedur/rutin pada alamat (4 byte) yang disimpan di vector “5”.
c.
Jika isi register AX di antaranya, BOUND tidak akan terjadi apa- apa
INT3 merupakan instruksi interupsi yang digunakan menyimpan breakpoint untuk debugging.
d.
INTO merupakan instruksi interupsi yang dijalankan dengan mengecek OF (overflow). Jika OF=1 maka INTO menjalankan prosedur/rutin pada alamat (4 byte) yang disimpan di vektor “4”. Jika OF =0 maka INTO tidak akan terjadi apa- apa.
e.
IRET adalah instruksi pengembalian khusus yang menghentikan pelaksanaan prosedur service interupsi. Hal ini sama dengan RET normal, kecuali bahwa dalam tambahan pada pemanggilan alamat kembali dari stack, dan menerima salinan dari register flag.
4. Emulator 8086 : Eksekusi program Interrupt Interupsi terdiri atas interupsi hardware dan interupsi software. Interupsi hardware dipicu dari eksternal dengan memberikan signal picu. Sedangkan interupsi software dipicu dari internal secara software. Secara umum jika sinyal pemicu interupsi aktif maka porsesor akan menyelesaikan eksekusi intruksi yang sedang dikerjakan kemudian alamat instruksi yang akan dieksekusi disimpan dengan metoda tumpukan (stack) kemudian program counter/instruction pointer dibebani dengan alamat vektor interupsi sehingga prosesor akan mengeksekusi rutin interupsi. Interupsi software pada mikroprosesor 8086/88 berupa instruksi dengan kata kunci INT dengan sintak sebagai berikut : INT konstanta konstanta dapat bernilai dari 0 s/d 255 atau dalam bentuk heksadesimal dari 00h s/d FFh.Rutin pelayanan interupsi ditangani oleh program BIOS dan sistem operasi . Interupsi 20h ke bawah ditangai BIOS dan interupsi 21h keatas .ditangani sistem operasi.Setiap interupsi mempunyai subinterupsi yang ditempatkan di register AH sehingga secara total tedapat 255 * 255 = 65536 fungsi interupsi.Pemanggilan interupsi dilakukan dengan cara seperti pada contoh berikut ini. MOV AH, 02h
; subinterupsi 02h
INT 10h
; interupsi 10h
Contoh program : ORG 100h Inf:
LEA DX,Info MOV AH,9h INT 21h
input: LEA DX,wadah_masukan MOV AH, 0ah INT 21h
sisip: XOR BX, BX MOV BL, wadah_masukan[1] MOV wadah_masukan[BX+2], '$'
tampil: MOV DL,0Dh ;enter MOV AH,2h INT 21h MOV DL,0Ah ;brs baru INT 21h
LEA DX, wadah_masukan + 2 MOV AH, 9h INT 21h INT 20h
wadah_masukan db 10,?, 10 dup(' ') Info DB "Ketik sembarang huruf dan angka: ",'
5. Interupsi BIOS dan DOS 5.1. Sistem DOS DOS (Disk Operating System) adalah sistem operasi dasar untuk komputer pribadi berbasiskan prosesor Intel. DOS dirancang berkisar pada mikroprosesor 8088. Beberapa fungsi dasar yang disediakan adalah fungsi-fungsi file (hard disk, disket), perangkat/devices (printer, keyboard), dan pengaturan memori. Kebanyakan keterbatasan sistem DOS berasal dari prosesor awal yang digunakannya. Meskipun DOS dijalankan pada prosesor 80286 atau 80386, DOS tetap dijalankan pada mode 8088.
Gambar 42. Struktur Sistem DOS 5.2. Pengaturan Memori Sebagaimana pengalamatan memori pada 8088, DOS hanya mampu menjangkau 1 MB memori (pengalamatan 20 bit) di mana 360 KB dicadangkan untuk rutin perangkat keras dan BIOS. Secara efektif DOS hanya mampu menggunakan 640 KB memori untuk penggunaan aplikasi. Pengalamatan pada 8088 menggunakan bentuk Segment:Offset (16:16), dengan alamat fisik yang dituju = Segment*10h + offset. Dengan bentuk pengalamatan ini maka terjadi overlapping alamat, yaitu suatu lokasi memori dapat ditempuh dengan banyak cara. Misal alamat fisik 01000h bisa dianggap beralamat 1000h:0, 0FFFh:10h, atau 0FFEh:20h. Pengaturan memori pada DOS bersifat statik dan fisik. 8088 adalah prosesor sederhana dan tidak menyediakan unit pengatur memori. Semua akses memori oleh program berupa pengalamatan langsung. Alokasi memori juga bersifat tetap, sehingga suatu program akan menempati alamat memori secara fisik hingga program tersebut berakhir.
Pada 8088 tidak dikenal pembatasan memori, seluruh daerah alokasi memori diwujudkan dalam bentuk satu daerah sebesar 1 Mb. Tidak ada pemisahan nyata antara berbagai komponen sistem, seperti BIOS, sistem operasi maupun aplikasi. Kesalahan akses memori tidak dapat dideteksi, dan kesalahan ini hanya bisa diatasi dengan memuat ulang sistem. 5.3. Pengaturan I/O dan Perangkat Dalam mengelola input/output (I/O) sistem, DOS bertindak lebih sebagai konsultan dibanding pengontrol. Hal ini bukan seluruhnya kesalahan DOS. Pada mode 8088 sistem memberikan hak akses penuh I/O kepada seluruh program. Setiap aplikasi dapat secara langsung mengubah status dari perangkat keras tanpa harus melalui kendali sistem. Suatu program juga dapat mematikan sistem interrupt secara sepihak. Ketika interrupt sistem mati maka event-event eksternal (seperti pewaktu dan komunikasi data) akan hilang. Ketiadaan kontrol terhadap I/O ini dapat memberikan dua pandangan yang berbeda. Keterbukaan dan fleksibilitas sistem dapat memberikan banyak kemungkinan kerja bagi suatu program. Tanpa adanya pembatasan maka suatu program dapat memaksimalkan penggunaan perangkat-perangkat yang ada pada komputer, yakni dengan melakukan akses langsung. Namun kebebasan ini juga memberikan pengaruh buruk untuk sistem dengan multi program, karena tiaptiap program dapat menggunakan sumber daya sistem tanpa adanya koordinasi. Dalam kerjanya DOS mendukung dua jenis perangkat, block devices, seperti hard disk dan disket, dan character devices, seperti keyboard, printer dan perangkat serial. DOS memelihara struktur data bernama device chain yang memetakan nama logika perangkat menurut driver perangkat yang bersangkutan. Perangkat blok ditentukan menurut huruf alfabet diikuti oleh titik dua, A:, B:, hingga Z:. Perangkat karakter ditentukan oleh nama (hingga 8 huruf) seperti PRN, LPT: dan COM1. Device DOS dapat diperluas dengan menambah device driver suatu perangkat kepada sistem. Device driver ini akan diinstalasi oleh DOS ketika sistem dimulai. Device driver mengelola perangkat yang bersangkutan dengan menggunakan rutin ROM BIOS atau mengakses langsung perangkat keras. Rutin ROM BIOS diakses menggunakan mekanisme interupsi software. 5.4. Pemrograman DOS Pemrograman pada DOS didasarkan pada interupsi software. Interupsi software adalah transfer kontrol antara dua program yang dibimbing oleh CPU. Sekumpulan fungsi (API, Application Programming Interface) dibuat untuk mengakses DOS. API DOS berisi fungsi-
fungsi untuk pengaturan memori, file, operasi input/output, dan akses untuk tiap-tiap device.Yang tak kurang pentingnya fasilitas untuk memuat dan mengakhiri program.Tidak semua fungsi-fungsi disediakan DOS sehingga program DOS biasanya menggunakan kombinasi dari rutin ROM BIOS dan akses langsung perangkat keras.Berikut daftar interrupt BIOS dan DOS dari 10h hingga 2Fh: 10 BIOS video 11 BIOS equipment determination 12 BIOS memory size 13 BIOS disk I/O service 14 BIOS serial communications 15 BIOS system services, cassette 16 BIOS keyboard services 17 BIOS parallel printer 18 BIOS ROM BASIC loader 19 BIOS bootstrap loader 1A BIOS time of day 1B BIOS user defined ctrl-break handler 1C BIOS user defined clock tick handler 1D BIOS 6845 video parameter pointer 1E BIOS diskette parameter pointer 1F BIOS graphics character table 20 DOS general program termination 21 DOS function request services 22 DOS terminate address 23 DOS control break termination address 24 DOS critical error handler 25 DOS absolute disk read 26 DOS absolute disk write 27 DOS terminate and stay resident 28 DOS idle loop, issued by DOS when idle 29 DOS fast TTY console I/O
2A DOS critical section and NETBIOS 2B DOS internal, simple IRET in DOS 2.0-7.0 2C DOS internal, simple IRET in DOS 2.0-7.0 2D DOS internal, simple IRET in DOS 2.0-7.0 2E DOS exec command from base level command interpreter 2F DOS multiplexer Aturan pemanggilan (calling convention) untuk fungsi-fungsi DOS membutuhkan masukan parameter melalui register-register, termasuk parameter khusus berupa nomor fungsi yang menentukan fungsi yang diinginkan. Program lalu melakukan interupsi software yang menyebabkan eksekusi program beralih ke kernel DOS. Kernel DOS menyalurkan panggilan tersebut dengan melihat nomor fungsi pada parameter dan memanggil rutin fungsi yang bersangkutan. Setelah fungsi selesai kontrol dikembalikan pada program pemanggil dengan parameter hasil pada register.
Gambar 43. Pemanggilan fungsi pada DOS
Gambar 44. Contoh umum program DOS
Karena antar muka DOS dan BIOS bekerja dengan mekanisme interrupt, maka untuk perluasan sistem suatu program dapat menggantikan interrupt DOS atau BIOS dengan rutinnya sendiri. Untuk hal ini biasa dikenal istilah program TSR (Terminate and Stay Resident) yang merupakan suatu program menetap di memori yang fungsinya terutama untuk mencegat/memodifikasi pemanggilan sistem DOS/BIOS untuk pemrosesan lebih lanjut.
5.5. Program-program DOS Sebuah program DOS adalah kumpulan dari segment kode dan data yang diletakkan dalam sebuah file eksekusi (EXE) pada media penyimpan sekunder2. Ketika program dijalankan, kodekode dan obyek data dimuat dalam memori oleh bagian pemuat (loader) dari sistem operasi, dan alamat dari rutin awal program diset dan dijalankan. Kebanyakan program termasuk dengan stack, yaitu sebuah last-in-first-out (LIFO) obyek data yang digunakan untuk memori penyimpan sementara. Karena arsitektur dari prosesor 8088, obyek memori DOS adalah segment. Dalam fisiknya, program-program DOS terdiri dari 2 jenis, yakni berformat COM atau EXE. Program COM hanya berupa image kode-kode mesin dengan besar maksimal 1 segment (64K), sedangkan program EXE berupa image kode-kode mesin dengan besar dapat melebihi 1
segment. Karena melebihi 1 segment, maka program EXE mempunyai header yang mengatur tabel relokasi alamat, besar memori yang dibutuhkan, besar stack, dan inisial pointer stack & instruksi. Soal : 1. Sebuah PIC I8259 diinisialisasi dengan tipe interupt 2CH Alamat vektor interupt yang berisi alamat awal interupt service routine adalah : 0000:0090 0000:00A0 0000:00B0 0000:00C0
12 32 F2 00
56 FA 45 00
23 56 01 E1
DE 91 04 DA
7A 30 01 32
00 37 00 00
00 B1 E1 70
10 CA DE 1A
E1 52 30 00
30 87 41 00
00 A0 72 E1
1A 10 00 00
FF 00 00 30
EF 00 B0 00
A1 E1 00 E1
Berdasarkan isi memori diatas , maka alamat awal dari Interupt Service Routine adalah: CS = ……… IP =…………….
E100:0100 E100:0200 E100:0300 E100:0400
00 90 87 00
B8 50 57 67
34 BA 2B 2D
12 00 9A 11
81 00 49 00
C3 EC 20 00
BB A0 D3 44
AB 00 AF F7
12 00 34 3B
B8 58 E8 9A
03 CF 01 82
00 73 62 50
01 53 50 47
D8 A7 CF 19
Dari isi memori diatas, maka programinterupt yang dijalankan adalah:
40 09 38 CF
53 B5 41 D0
CF D1 A5 BE
DaftarPustaka [1]. Brey, B. Barry, The Intel Microprocessors: 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro Processor, Pentium II, Pentium III, and Pentium 4 : Architecture, Programming, and Interfacing, Prentice Hall, 2006 [2]. Halsall, Fred, Paul Lister, Dasar-Dasar Mikroprosesor Edisi Kedua, 1995 [3]. Adityakarna, N. B., Diktat Mikroprosesor dan Antarmuka, STT Telkom [4]. Modul Praktikum Mikroprosesor dan Antarmuka, Laboratorium Mikroprosesor dan Antarmuka, STT Telkom, 2004 [5]. 8088 8-Bit HMOS Microprocessor 8088/8088-2, Intel, 1990
