Pengantar Sistem Digital

Pengantar Sistem Digital Eko Didik Widianto Sistem Komputer - Universitas Diponegoro

@2011 eko didik widianto - siskom undip

SK205 Sistem Digital – 1 / 26

Bahasan Pengantar Perkuliahan Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer TTL Sistem Digital Sistem Digital Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital @2011 eko didik widianto - siskom undip


Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah • Tata Tertib Kuliah • Sistem Evaluasi • Buku Acuan/Referensi • Tujuan dan Sasaran • Rencana Perkuliahan • Pendekatan • Komputer TTL Sistem Digital

Pengantar Perkuliahan



Deskripsi Kuliah Pengantar Perkuliahan


Kredit: 2 SKS Kuliah, 1 SKS Praktikum Metode pengajaran: tatap muka (2 x 50 menit), presentasi materi, tanya jawab Waktu: ±14 Minggu Dasar-dasar sistem digital: konsep, aljabar Boolean, analisis dan sintesis rangkaian logika, rangkaian logika optimal, teknologi implementasi dengan CMOS dan PLD, representasi bilangan dan operasi aritmetika, blok rangkaian kombinasional, rangkaian sekuensial: latch, flip-flop, register dan counter, serta desain rangkaian sekuensial sinkron/FSM: model Moore dan Mealy. Teknologi implementasi diarahkan menggunakan chip standar TTL dan CMOS. Kuliah TSK205 ini menjadi landasan untuk mata kuliah lanjut, seperti TSK305 (Teknik Mikroprosesor), TSK307 (Organisasi Komputer), TSK505 (Sistem Digital Lanjut) dan TSK507 (Sistem Embedded).



Tata Tertib Kuliah Pengantar Perkuliahan


Berlaku bagi Dosen dan Mahasiswa

• Dosen dan mahasiswa diharapkan hadir pada waktunya. Tidak ada sangsi keterlambatan. • Kehadiran minimal 80% (12 / 14 pertemuan) untuk pemrosesan nilai • Ketentuan lain?



Sistem Evaluasi Pengantar Perkuliahan


Evaluasi: No 1 2 3 4

Evaluasi Tugas Harian Kuis Ujian Tengah Semester Ujian Akhir Semester

Bobot 20% 20% 30% 30%

Penilaian Akhir: AA ≥ 80 67 ≤ AA < 80 55 ≤ AA < 67 41 ≤ AA < 55 AA < 41


A B C D E

4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 (Tidak Lulus)


Buku Acuan/Referensi Pengantar Perkuliahan


1. Peter J. Ashenden, Digital Design: An Embedded Systems Approach Using Verilog/VHDL, Morgan Kaufmann, 2008 2. Stephen Brown and Zvonko Vranesic, Fundamentals of Digital Logic with Verilog/VHDL, 2nd Edition, McGraw-Hill, 2005 3. Sumber lain: paper ilmiah, website project



Tujuan Kuliah Pengantar Perkuliahan

• Deskripsi Kuliah • Tata Tertib Kuliah • Sistem Evaluasi • Buku Acuan/Referensi • Tujuan dan Sasaran • Rencana Perkuliahan • Pendekatan • Komputer TTL

• Materi kuliah berisi konsep, desain, implementasi dan aplikasi sistem digital • Terdiri atas 7 bagian:

Sistem Digital

1. Pengenalan sistem digital dan metodologi desain 2. Rangkaian logika: konsep, aljabar Boolean, analisis, sintesis dan minimisasi rangkaian

3. Teknologi implementasi: CMOS dan tinjauan praktis, teknologi chip 4. Representasi bilangan dan rangkaian aritmetika: unsigned, signed, fixed-point, floating point, operasi aritmetika dan desain rangkaian

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

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



Sasaran Pengantar Perkuliahan


Hasil yang Diharapkan dari Perkuliahan

• Secara umum sasaran kuliah adalah mahasiswa mampu ◦ mengerti konsep ◦ merancang dan menganalisis

Sistem Digital

◦ mengimplementasikan ◦ mengaplikasikan menggunakan teknologi TTL/CMOS ◦ mengkomunikasikan solusi desain sistem digital dengan jelas, runut dan tepat baik tertulis maupun lisan • Sasaran kuliah dijabarkan di tiap materi pertemuan



Rencana Acara Perkuliahan (14 Pertemuan) Pengantar Perkuliahan


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

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Pengenalan sistem digital Konsep rangkaian logika Aljabar Boolean dan sintesis ekspresi logika Minimisasi rangkaian menggunakan peta Karnaugh (K-Map) dan strateginya Rangkaian multilevel, metode Quine-McKluskey/tabular CMOS dan tinjauan praktis (asumsi dan disiplin yang harus dipenuhi) Teknologi programmable logic devices/PLD Bilangan unsigned, signed, operasi aritmetika Desain rangkaian aritmetika Blok rangkaian kombinasional Elemen dasar rangkaian sekuensial: latch dan flip-flop Register, counter dan SRAM Desain rangkaian sekuensial sinkron: FSM, model Moore dan implementasi flip-flop

14. Model Mealy, minimisasi state



Pendekatan Materi Kuliah Pengantar Perkuliahan


Bagaimana kaitannya dengan mata kuliah lain?

Aplikasi rancangan digital: 1. Menggunakan komponen chip standar TTL/CMOS 2. Menggunakan mikroprosesor/mikrokontroler 3. Menggunakan PLD



Motivasi: Operasional Komputer Pengantar Perkuliahan


Homebrew Computer: hanya menggunakan TTL, tanpa mikroprosesor 1. Yunten Labs: http://www.yuntenlabs.com/csalab.htm 2. Andrew: Mark 1 FORTH Computer (http://www.holmea.demon.co.uk/Mk1/Architecture.htm)

Sistem Digital



Pengantar Perkuliahan Sistem Digital

• Sistem Digital • Perangkat Digital • Rangkaian Terintegrasi • Kompleksitas Rangkaian • Metodologi Desain • Pendekatan Desain • Tradisional vs CAD • Tipe Chip Digital

Sistem Digital



Sistem Digital Pengantar Perkuliahan Sistem Digital


• Sistem digital mengacu pada rangkaian elektronik yang menghadirkan informasi dalam bentuk diskrit ◦ informasi diwujudkan hanya menggunakan 2 level tegangan ◦ level tegangan mewakili nilai kebenaran (benar/salah) ◦ analisis dalam bentuk rangkaian logika ◦ menambah kehandalan dan akurasi

Representasi diskrit sinyal audio analog @2011 eko didik widianto - siskom undip


Perangkat Digital Pengantar Perkuliahan Sistem Digital


• Rangkaian logika digunakan untuk membangun komputer dan perangkat digital lainnya • Revolusi digital dimulai awal tahun 1970-an: ◦ Rangkaian terintegrasi (IC, Integrated Circuit) ◦ Transistor lebih kecil ◦ Densitas chip lebih besar (LSI, Large Scale Integration: puluhan ribu transistor) • Baca lebih lanjut: http://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit



Rangkaian Terintegrasi Pengantar Perkuliahan Sistem Digital


• Rangkaian terintegrasi difabrikasi di atas wafer silikon • Wafer dipotong dan dikemas untuk membuat satu chip • Chip tersusun atas puluhan hingga milyaran transistor

Atmel SoC: Diopsis 740



Kompleksitas Rangkaian Digital Pengantar Perkuliahan Sistem Digital


(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Transistor_Count_and_Moore%27s_Law_-_2008.svg) @2011 eko didik widianto - siskom undip


Kompleksitas Rangkaian Digital Pengantar Perkuliahan Sistem Digital


• Lebih banyak transistor memberikan fungsional yang lebih besar, namun membuat proses desain lebih kompleks ◦ Intel memproduksi mikroprosesor 22nm di tahun 2011 (proses nano) ◦ Mikroprosesor mencapai 15 milyar transistor di tahun 2015 (http://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law) • Teknik desain berbasis komputer (CAD, computer-aided design) diperlukan



Metodologi Pengembangan Sistem Pengantar Perkuliahan Sistem Digital


• Desain didefinisikan sebagai proses sistematik untuk membangun rangkaian yang memenuhi kebutuhan yang ditentukan dan tetap memperhatikan batasan (constraint) dalam hal biaya, performansi, konsumsi daya, ukuran, berat dan sifat lainnya • Bagaimana membangun sistem yang kompleks? dengan abstraksi ◦ Mengidentifikasi aspek yang penting untuk dikerjakan, dan menyembunyikan detail dari aspek lain ◦ Dengan membuat asumsi dan mengikuti disiplin agar asumsi valid


•

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

•

Asumsi: transistor tersambung atau terputus seketika

•

Disiplin: meregulasi switching (on/off) agar terjadi dalam interval waktu yang telah didefinisikan (periode clock) SK205 Sistem Digital – 19 / 26

Metodologi Pengembangan Sistem (2) Pengantar Perkuliahan Sistem Digital

• Metodologi pengembangan tipikal: pendekatan top-down




Pendekatan Desain Pengantar Perkuliahan

Tradisional

CAD

Sistem Digital


• Mendasarkan pada model matematik

• Pendekatan analitis • Menyediakan pendalaman dan pemahaman terhadap masalah desain

• Menggunakan perangkat bantu software CAD/EDA

• Software mengguankan model matematik dan pendekatan analitis

• Transparan terhadap pengguna, banyak detail diabstrakkan

• Bisa dilakukan untuk problem yang kecil.

• Diperlukan untuk menyelesaikan problem real

◦ Problem besar (real)?



Tradisional vs CAD Pengantar Perkuliahan Sistem Digital


• Sebagian besar pekerjaan rekayasa digital dilakukan dengan menggunakan CAD • Namun, pemahaman dasar dengan pendekatan tradisional masih diperlukan ◦ Konseptual masih tradisional ◦ Penggunaan CAD yang efektif memerlukan pemahaman tentang kerja perangkat tersebut ◦ Penggunaan opsi desain memerlukan pendalaman konsep



Chip Digital: Standar, PLD, Custom-designed Pengantar Perkuliahan Sistem Digital

•


Chip standar

◦ ◦ ◦ •

Melakukan fungsi logika sederhana Contoh: IC seri 7400

Programmable logic devices (PLD)

◦ ◦ ◦ •

Berisi sejumlah kecil rangkaian (<100 transistor)

Berisi kumpulan gerbang dengan interkoneksi terprogram Fungsi dikonfigurasi oleh desainer/pengguna Desain dilakukan dengan perangkat CAD: Xilinx, Altera

Custom-designed (ASIC, Application Specific Integrated Circuit)


◦ ◦ ◦

Dioptimasi untuk keperlukan/tugas tertentu

◦

Biaya produksi tinggi: memerlukan produksi dalam jumlah besar untuk menekan biaya

Performansi lebih baik Terdiri atas rangkaian logika dalam jumlah besar


IC Seri 7400: Teknologi BJT vs CMOS Pengantar Perkuliahan Sistem Digital


• BJT (Bipolar Junction Transistor ), disebut juga TTL (transistor-transistor logic) -> kecepatan lebih tinggi • CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor ) -> daya lebih rendah • BiCMOS (Bipolar-CMOS)

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



Penutup Pengantar Perkuliahan Sistem Digital


• Rangkaian logika dalam sistem digital • Revolusi digital berupa IC dengan kompleksitas mengikuti Moore • Abstraksi dalam desain sistem digital yang kompleks • Metodologi pengembangan sistem serta pendekatan desain tradisional dan CAD • Tipe chip digital: standar, PLD dan ASIC



Tugas #1: Mengenal IC Seri 7400 • Bertujuan agar mahasiswa mulai mengenal IC logika standar (seri 7400). • IC logika standar mempunyai skema nomor IC yang menunjukkan ◦ fungsi logika yang diwakilinya (misalnya 7404 berisi 6 buah gerbang NOT/inverter), teknologi yang digunakan (misalnya 74LS04 teknologi BJT, 74HC04 CMOS) dan level tegangan. Referensi: http://en.wikipedia.org/wiki/7400_series • Buat tabel yang berisi daftar IC seri 7400 mulai dari 7400 sampai 7499 ◦ Format kolom:

Nomor IC

Fungsi logika

2 contoh dan teknologinya

• Ketentuan: ◦ Ditulis tangan ◦ Waktu: 2 minggu (Tenggat untuk kelas R1 18 Mar 2011, R2 14 Mar 2011) ◦ Dikumpulkan sebelum kuliah dimulai, Nilai 0 untuk tugas yang terlambat @2011 eko didik widianto - siskom undip


Pengantar Sistem Digital

Recommend Documents