Pengertian Mikroprosesor, Sistem Mikroprosesor, Pengelompokan, dan Perkembangannya

MODUL KE  1

Sistem Mikroprosesor (3 sks)

1

MATERI KULIAH : Pengertian dasar mikroprosesor (P) dan sistem P. Keuntungan dan kerugian penggunaan P dalam sistem. Kriteria pemilihan P. Sistem P minimum, P ideal, bus data, alamat, dan kontrol. Contoh aplikasinya. Perkembangan singkat mikroelektronika. Pengelompokan P menurut jumlah bit data, fungsi dan integrasinya. P monolitik, *P bit slice, P plus, single chip microcomputer, dan mikroprogram. POKOK BAHASAN :

Pengertian Mikroprosesor, Sistem Mikroprosesor, Pengelompokan, dan Perkembangannya Oleh Ir. INDRAGUNG PRIYAMBODO, MT.

1.1 Orientasi SISTEM MIKROPROSESOR 1.1.1

TIU (TUJUAN INSTRUKSI UMUM)

Tujuan secara umum atau lebih dikenal dengan TIU dari mata kuliah “sistem mikroprosesor” ini adalah : 

1.1.2

Memahami sistem mikroprosesor dan arsitektur mikroprosesor; Mampu merancang hardware sistem mikroprosesor (memory map, tabel saluran alamat, dan blok diagramnya); Memahami addressing methods, instruksi dasarnya, serta mampu merancang software sederhana sistem (dalam bahasa rakitan/ assembly).

TIK (TUJUAN INSTRUKSI KHUSUS)

Tujuan secara khusus atau lebih dikenal dengan TIK dari mata kuliah “sistem mikroprosesor” ini adalah : 

Mahasiswa Memahami pengertian mikroprosesor, sistem mikroprosesor, pengelompokan, dan perkembangannya. Mampu merancang hardware sistem mikroprosesor (memory map, address decoder, diagram blok, dan tabel saluran alamatnya) menggunakan fully mau pun partially decoded addressing. Memahami arsitektur mikroprosesor dan metode pengalamatan (direct, indirect, immediate, indexed, relative, register direct, register indirect, dan stack addressing). Mampu mendesain software sederhana sistem mikroprosesor (dalam bahasa rakitan) untuk penjumlahan/pengurangan, perkalian, transfer, pengosongan, pergeseran, nilai maksimum/minimum untuk sederatan bilangan/lokasi dalam heksa dan desimal. Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-1

1.1.3

POKOK BAHASAN

PERT KE

POKOK BAHASAN

1

Pengertian mikroprosesor, sistem mikroprosesor, pengelompokan, dan perkembangannya.

2

Pengantar desain sistem mikroprosesor, memory space, memory map.

3

Perancangan hardware sistem mikroprosesor (memory map dan tabel saluran alamat) menggunakan metode fully decoded addresing.

4

Perancangan hardware sistem mikroprosesor (rangkaian address decoder dan diagram blok-nya) menggunakan metode fully decoded addresing.

5

Perancangan hardware sist. Mikropr. menggunakan partially decoded addressing

6

Strategi perancangan hardware menggunakan 2 metode bersamaan dan Pengantar Arsitektur Mikroprosesor

7

Perangkat dan format Instruksi, immediate, direct, dan indirect addressing

8

UTS  materi dari pertemuan ke 1 s/d 7

9

Indexed, Relative, register direct, dan register indirect addressing.

10

Stack addressing, Stack Pointer, Stack RAM, dan Konsep Subrutin.

11

Instruksi Mikroprosesor.

12

Desain software (program sederhana) sistem mikroprosesor dalam bahasa rakitan.

13

Desain soft. sis. mikroprosesor dlm bahasa rakitan menggunakan loop dan array.

14

Desain soft. sistem mikroprosesor dalam bahasa rakitan untuk operasi aritmatika.

15

Review seluruh desain hardware dan software sistem mikroprosesor (materi pada pertemuan ke 1 s/d ke 14)

16

UAS  materi dari pertemuan ke 1 s/d 15

 Sasaran belajar dan materi kuliah masing-masing pokok bahasan ada di SAP (Satuan Acara Perkuliahan).

1.1.4

SISTEM EVALUASI (PENILAIAN)    

Kehadiran Tugas UTS UAS JUMLAH

= 10 = 20 = 30 = 40 = 100

% % % % %

PENTING !

Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-2

1.2 Pengertian Dasar 1.2.1

PENGERTIAN MIKROPROSESOR

Mikroprosesor merupakan suatu “komponen” rangkaian terintegrasi (IC) digital dengan integrasi rangkaian skala besar (LSI = Large Scale Integration) atau skala sangat besar (VLSI = Very Large Scale Integration, ULSI = Ultra Large Scale Integration, GSI Giant Scale Integration) dan kompleksitas yang tinggi yang mempunyai kemampuan sebagai unit pemroses pusat (CPU = Central Processing Unit).

1. 2.2 PENGERTIAN SISTEM MIKROPROSESOR Sistem Mikroprosesor merupakan sistem yang menggunakan mikroprosesor sebagai komponen utamanya. Sistem Mikroprosesor pada umumnya memiliki konfigurasi penggunaan komponen yang meliputi :  Unit mikroprosesor (MPU = Microprocessing unit),  Memori baca-tulis (RWM = Read Write Memory = RAM = Random Access Memory), dan  Unit input-output (I/O Unit). Dengan kata lain, konfigurasi sistem mikroprosesor sama dengan konfigurasi sistem mikrokomputer.

1. 2.3 KEUNTUNGAN SISTEM MIKROPROSESOR Keuntungan penggunaan mikroprosesor dalam suatu sistem terutama adalah sebagai berikut :  Sistem ini dapat diprogram (programmable);  Sistem Mikroprosesor bersifat fleksibel dan serba-guna;  Jumlah komponen yang diperlukan, dimensi, serta kebutuhan daya sistem secara keseluruhan semakin kecil.

1. 2.4 KERUGIAN SISTEM MIKROPROSESOR Kerugian penggunaan mikroprosesor dalam suatu sistem terutama adalah sebagai berikut :  Adanya banyak jenis mikroprosesor yang masing-masing tidak compatible baik secara software maupun secara hardware;  Memerlukan sistem pengembangan yang dedicated karena kerugian tersebut di atas;  Cepat menjadi usang (bersifat absolete) akibat perkembangan yang terlalu cepat. Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-3

1.2.5

PEMILIHAN & PENGGUNAAN SISTEM MIKROPROSESOR

Penggunaan sistem mikroprosesor sangat luas. Keterbatasan pemakaiannya terutama ditentukan oleh kemampuan untuk memahami mikroprosesor \, daya imaginasi perancang, dan biaya yang tersedia. Pemilihan mikroprosesor yang akan digunakan dalam sistem mikroprosesor dilakukan dengan kriteria-kriteria sebagai berikut :      

Persyaratan yang harus dipenuhi oleh sistem; Jumlah dan jenis komponen; Kecepatan operasi; Fleksibilitas sistem; Ada/tidaknya modifikasi yang akan dilakukan terhadap sistem dikemudian hari; Biaya yang tersedia.

Penggunaan sistem mikroprosesor pada umumnya dibandingkan dengan penggunaan sistem digital dengan rangkaian terintergrasi standard dan sistem logika dengan rangkaian terintegrasi aplikasi khusus (ASICs = Application Specific Integrated Circuits), dan sistem mikrokomputer atau minikomputer. Bila fungsi yang akan dibuat sederhana, maka sistem digital dengan rangkaian terintegrasi standard merupakan pilihan yang lebih baik. Tetapi bila fungsi yang akan dibuat sangat kompleks, maka mikrokomputer atau minikomputer akan menjadi pilihan yang lebih baik. Demikian juga dengan jumlah produksi dan kecepatan operasinya. Bila kecepatan operasinya harus cepat/tinggi dan produksi masal, maka rangkaian terintegrasi aplikasi khusus akan menjadi pilihan yang lebih baik. Jadi mikroprosesor dipilih untuk sistem dengan fungsi kompleks, dengan kecepatan tidak terlalu tinggi, dan jumlah produksi yang relatif agak terbatas (bukan masal, sekitar 1000 s/d 10.000). Sistem mikroprosesor terutama digunakan pada sistem instrumentasi (instrumentation system) dan sistem pengaturan (control system). Tetapi sistem mikroprosesor dapat juga digunakan pada bidang-bidang lain. Peralatan yang dapat menggunakan sistem mikroprosesor meliputi bidang :        

Instrumentasi; Informatika; Industri; Ruang angkasa; Administrasi; Perdagangan; Perancangan/desain; Transportasi.

      

Komunikasi; Hiburan dan rumah tangga; Militer; Peralatan perkantoran; Perbankan; Kedokteran; Pendidikan; dan

Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-4

1.3 Model Mikroprosesor Untuk menerangkan mikroprosesor digunakan model mikroprosesor sebagai sebuah kotak hitam (black box) yang memiliki :  Sejumlah saluran data (data bus);  Sejumlah saluran alamat (address bus);  Sejumlah saluran kendali (control bus); serta  Saluran sumber daya (power supply). Gambar 1.1 menunjukkan model mikroprosesor tersebut. Dengan model ini dapat diperoleh pengertian mikroprosesor ideal.

Address

Data

bus

bus

Mikroprosesor

(μP) Control bus

Power Supply Gambar 1.1 Model Mikroprosesor

1.3.1 MIKROPROSESOR IDEAL Mikroprosesor ideal adalah suatu komponen digital dengan m saluran masukan (input) dan k saluran keluaran (output). Data diterima melalui saluran masuk kemudian diproses/diolah sesuai dengan program yang tersimpan (stored program) sehingga diperoleh sejumlah data output sebagai hasil pengolahandata tersebut. Gambar 1.2 menunjukkan mikroprosesor ideal tersebut. Karakteristik sinyal output pada saluran keluar pada saat tertentu dipengaruhi oleh :  Karakteristik sinyal input tersebut (fungsi waktu);  Program yang diberikan kepada mikroprosesor. Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-5

Dengan demikian, untuk beberapa jenis aplikasi yang berbeda dapat digunakan perangkat keras yang sama (atau hampir sama) dengan mengubah/mengganti program yang disimpan/diberikan kepada mikrorposesor tersebut. MIKROPROGRAM Mikroprogram terdapat di dalam mikroprosesor yang berfungsi untuk : 

Menentukan langkah-langkah pelaksanaan instruksi



Menentukan perangkat instruksi (instruction set)

μP

1 2 saluran

mikro program

1 2 saluran

input

output m

k

Gambar 1.2 Model Mikroprosesor

1.3.2 BUS DATA (DATA BUS) Pada kenyataannya saluran input dan saluran output mempunyai jumlah yang terbatas. Pada umumnya jumlah saluran data input sama dengan jumlah saluran data output (m = k). Jumlah saluran data input dan saluran data output tersebut dinamakan lebar jalur data (data path witdth = word size) mikroprosesor dan kumpulan saluran data tersebut disebut dengan bus data (data bus). Gambar 1.3 merupakan contoh diagram blok mikroprosesor yang mempunyai saluran data input dan saluran data output masing-masing 8 buah. Mikroprosesor ini dikatakan mikroprosesor 8 bit. Data word 8 bit disebut Byte. Contoh mikroprosesor ini adalah Zilog 80 (Z-80), Intel 8080, Intel 8080A. Mikroprosesor dengan jumlah saluran data 4 buah disebut sebagai mikroprosesor 4 bit. Suatu data word 4 bit disebut nybble. Cara menyatakan data pada saluran data dapat dilakukan dengan beberapa cara. Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-6

Cara mana yang terbaik atau termudah digunakan bergantung pada jumlah saluran data dan data yang digunakannya sendiri. Untuk menyatakan data 8 bit biasanya digunakan notasi biner, oktal, desimal, dan heksadesimal.

0

0

1

1

μP

saluran

8 saluran

input

8

μP

output 7

7

Gambar 1.3 Diagram blok mikroprosesor 8 saluran data input dan 8 saluran data output yang terpisah. Notasi biner terutama digunakan pada data yang berhubungan erat dengan bit-bit yang bersangkutan. Misalnya saat pengiriman data untuk suatu perintah inisialisasi komponen. Biasanya data disini berhubungan langsung dengan letaknya, misalnya bit ke 7 digunakan untuk menentukan arah data atau untuk menentukan tanda suatu bilangan, sedangkan bit-bit lain tidak terlalu penting. Dengan demikian akan mudah dipahami jika digunakan notasi biner. Notasi lain yang lebih sering digunakan adalah notasi heksa desimal. Notasi ini digunakan karena dengan notasi ini cara penulisan bilangan menjadi lebih ringkas dan masih berhubungan erat dengan bit-bit pada saluran yang digunakan. Sedangkan notasi oktal saat ini sudah sangat jarang digunakan. Tetapi notasi desimal masih digunakan terutama untuk perhitungan-perhitungan, mengingat manusia sangat terbiasa dengan sistem bilangan desimal ini. Pada perancangan komponen mikroprosesor, karena alasan ekonomi, maka dilakukan pembatasan jumlah kaki (pin) dalam suatu rangkaian terintegrasi. Dengan menggunakan tri state buffer dapat dilakukan multiplexing antara saluran data input dan saluran data output. Dengan demikian suatu saluran data dapat berfungsi sebagai saluran data input dan output. Karena setiap saluran dalam suatu bus bersifat dua arah, maka diperoleh bus data dua arah bidirectional data bus). Gambar 1.4 menunjukkan prinsip penggunaan tri state buffer untuk menghasilkan saluran data dua arah dan pada gambar 1.5 menunjukkan contoh saluran data pada mikroprosesor 8 bit. Mikroprosesor tersebut memiliki bus data dua arah. Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-7

Pada gambar 1.4 tersebut, jika C = 1 (logika 1) maka data berfungsi sebagai input. Sebaliknya, saluran tersebut akan berfungsi sebagai output jika C = 0 (logika 0).

C

μP Data Keluar

DATA

Data Masuk

Gambar 1.4 Prinsip penggunaan Tri-State pada Saluran Data

D0

LSB

D1

μP

D2 D3 D4 D5 D6 D7

MSB

Gambar 1.5 Contoh saluran data pada mikroprosesor 8 bit

Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-8

1.3.3 BUS ALAMAT (ADDRESS BUS) Mikroprosesor ideal mempunyai memori dalam (internal memory) dengan jumlah tak terbatas. Dalam keadaan sebenarnya, mikroprosesor mempunyai jumlah memori dalam yang terbatas untuk keperluan menimpan data dan program. Dengan demikian mimroprosesor harus mampu untuk mencapai/mengakses (to access) suatu memori luar (external memory). Pada umumnya mikroprosesor harus dapat melakukan :  penyimpanan informasi (melakukan proses penulisan) ke memori luar;  mengambil informasi (melakukan proses pembacaan) dari memori luar. Untuk selanjutnya istilah memori luar akan disingkat menjadi memori saja. Informasi dapat disimpan dalam memori pada sejumlah lokasi memori. Setiap lokasi memori mengandung sebuah memory word. Besar memori word (memory word size) ditentukan oleh lebar jalur data mikroprosesor (memory word size harus dibuat sama dengan data path width mikroprosesor). Setiap lokasi memori mempunyai alamat yang unik (unique) dan umumnya dinyatakan dalam notasi heksadesimal. Sebelum melakukan penulisan atau pembacaan pada suatu lokasi memori, terlebih dahulu mikroprosesor harus memilih alamat yang diinginkan.

saluran alamat 0 1 2

μP

Memori p

n

bus data

Gambar 1.6 Hubungan saluran alamat antara mikroprosesor dengan memori (external memory).

Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-9

Terdapat beberapa jenis mikroprosesor yang memberikan (mengeluarkan) informasi ini melalui bus data, sesaat melakukan operasi penulisan atau pembacaan (jadi dilakukan multiplexing antara bus data dengan bus alamat). Pada umumnya mikroprosesor mempunyai bus data dan bus alamat yang terpisah. Gambar 1.6 menunjukkan hubungan antara mikroprosesor dan memori melalui saluran data dan saluran alamat. Setiap saluran alamat dapat mempunyai harga logika 1 atau nol (0). Jadi untuk p buah saluran alamat berarti dapat diperoleh p 2 alamat memori yang berbeda. Sebagai contoh, mikroprosesor MC 6800 (Motorola), 6802, Intel 8080, 8080A, dan Z80 (Zilog) merupakan mikroprosesor 8 bit dengan 16 saluran alamat. Dengan demikian, mikroprosesor tersebut dapat mencapai/menghubungi atau mengalamati 16 16 2 alamat memori atau 2 = 65536 Byte memori secara langsung,

1.3.4 BUS KENDALI/KONTROL (CONTROL BUS) Selain saluran data dan saluran alamat, mikroprosesor maih memerlukan sejumlah saluran kendali yang terutama digunakan untuk melakukan sinkronisasi cara kerja mikroprosesor dengan kerja kom[ponen-komponen di luar mikroprosesor. Kumpulan saluran kendali yang disebut bus kendali (control bus) dapat dibagi menjadi :  sejumlah saluran kendali input (dengan arah sinyal kendali dari luar ke dalam mikroprosesor);  sejumlah saluran kendali mikroprosesor ke luar).

output

(dengan

arah

sinyal

kendali

dari

Berikut ini diberikan contoh serta penjelasan singkat saluran kendali VMA, READ/WRITE, dan RESET.  Saluran VMA (Valid Memory Address) merupakan salah satu saluran kendali output pada mikroprosesor (misalnya pada MC 6802). Saluran ini bersifat active high, artinya saluran akan aktif pada harga logika satu (1) untuk memberitahukan kepada komponen-komponen di luar mikroprosesor bahwa informasi alamat yang terdapat pada saluran alamat adalah valid/benar.  Saluran READ/WRITE juga merupakan salah satu saluran kendali output pada mikroprosesor (misalnya pada MC 6800, MC 6802). Bila saluran ini berlogika satu (1), maka berarti mikroprosesor melakukan operasi pembacaan (read). Bila saluran tersebut berlogika nol (0) berarti mikroprosesor melakukan operasi pembacaan (write).  Saluran RESET merupakan salah satu saluran kendali input yang hampir selalu ada pada setiap mikroprosesor. Sinyal input pada saluran reset ini digunakan untuk melakukan awal operasi reset (start-up) bagi mikroprosesor. Bila suatu sinyal reset yang sesuai (logika 0 atau 1, tergantung pada jenis mikroprosesornya) diberikan pada saluran reset tersebut selama waktu tertentu. Maka mikroprosesor akan segera melakukan program/rutin reset (reset routine) yang terdapat pada memori mulai alamat awal tertentu. Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-10

1.4 Diagram Blok Sistem Mikroprosesor Gambar 1.7 memperlihatkan diagram blok suatu sistem mikroprosesor yang terdiri dari :  Sebuah mikroprosesor dengan 8 buah saluran data, 16 saluran alamat, dan saluran kontrol;  Sebuah memori baca tulis (RAM);  Sebuah memori baca (ROM);  Sebuah input interface adapter; dan  Sebuah output interface adapter.

Peripheral Device

Address bus (16 lines)

Output Interface Adapter

μP Data bus

ROM

(8 lines)

RAM Output Interface Adapter Control bus

Peripheral Device

Gambar 1.7 Diagram blok sistem mikroprosesor

Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-11

1.5 Perkembangan &Pengelompokan Mikroprosesor Berbagai jenis teknologi telah digunakan dalam pengembangan komponen mikroelektronika, khususnya mikroprosesor. Teknologi rangkaian terintegrasi yang telah digunakan sampai saat ini antara lain teknologi bipolar, teknologi MOS(Metal Oxide Semiconductor), CTD (Change Transfer Devices), dan magnetic bubbles. Pada bagian ini dibahas beberapa jenis teknologi mikroprosesor, karakteristik utama masing-masing teknologi serta beberapa contoh perkembangan mikroprosesor yang menggunakan teknologi tersebut. Khusus mengenai contoh perkembangan mikroprosesor yang menggunakan teknologi tersebut, pada bagian ini hanya diberikan sampai dekade akhir tahun „80an. Hal ini dikarenakan data jenis teknologi yang digunakan telah beredar di pasaran. Perkembangan mikroprosesor mulai awal tahun „90-an sampai dengan tahun 2000 dan 2001, jenis teknologi yang digunakan semakin sulit untuk diketahui. Ini sudah menjadi kerahasiaan perusahaan pembuatnya. Pada umumnya informasi lengkap khususnya tentang teknologi rangkaian terintegrasi yang digunakan akan beredar di masyarakat setelah 5 s/d 12 tahun mikroprosesor tersebut digunakan. Pada dasarnya mikroprosesor dapat dikelompokkan menurut : 

Teknologi yang digunakan;



Kemampuan/karakteristik mikroprosesor;



Jumlah bit data (word-size);



Fungsi dan integrasinya.

Masing-masing pengelompokan tersebut akan dibahas secara singkat pada bagian ini.

1.5.1

PENGELOMPOKAN BERDASARKAN JENIS TEKNOLOGI DAN KARAKTERISTIK MIKROPROSESOR

Dalam pembuatan mikroprosesor dikenal beberapa macam teknologi yang masingmasing mempunyai karakteristik teknik tertentu. Pada tabel 1.1 diperlihatkan pembagian teknologi mikroprosesor beserta beberapa contohnya. Sedangkan karakteristik mikroprosesor dengan berbagai jenis teknologi secara singkat ditunjukkan pada tabel 1.2. Teknologi mikroprosesor yang sampai saat ini digunakan antara lain :  Teknologi PMOS (MOS kanal P);  Teknologi NMOS (MOS kanal N);  Teknologi CMOS (Complementary MOS = teknologi MOS komplementer);  Teknologi CMOS-SOS (teknologi CMOS dengan menggunakan substrat SOS (Silicon On Saphire)); Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-12

 Teknologi bipolar jenis ECL (Emitter Coupled Logic);  Teknologi bipolar jenis Schottky TTL;  Teknologi bipolar jenis I2L (Integrated Injection Logic). Selain harga , terdapat tiga macam karakteristik teknik yang paling penting adalah :   

Speed (kecepatan operasi); Power consumption (daya yang diperlukan); Kepadatan komponen.

Teknologi PMOS adalah teknologi yang paling murah dan merupakan teknologi yang digunakan pada mikroprosesor pertama yaitu Intel 4004 pada tahun 1971, Namun demikian banyak hal telah digantikan oleh teknologi NMOS. Mikroprosesor dengan teknologi bipolar ECL mempunyai kecepatan paling tinggi, sedangkan untuk keperluan daya paling rendah dapat dipilih mikroprosesor dengan teknologi CMOS. Mikroprosesor dengan teknologi CMOS yang menggunakan substrat bahan isolator saphir (yaitu jenis CMOS-SOS) dapat bekerja dengan kecepatan operasi tinggi, keperluan daya rendah, tetapi harganya masih sangat mahal.

Tabel 1.1 Pembagian Teknologi Mikroprosesor dan Beberapa Contohnya JENIS TEKNOLOGI

Contoh MIKROPROSESOR

Teknologi MOS PMOS

Intel 4004, 4040, 8008 Intel 8080, 8085, 8086, 8048, 8748

NMOS

Motorola MC6800, MC6802, MC6809, MC6801,MC6805, Zilog z80, Z8000 National Semiconductor NS32032

CMOS

Motorola MC146805, MC14500, MC68020, Intel 80386, 80486

Teknologi Bipolar Schottky TTL

Intel 3001, AMD Am2901, Am2903

ECL

Motorola MC10800

I2L

Texas Instruments SBP0400, SBP9900

Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-13

Tabel 1.2 Perbandingan Karakteristik Mikroprosesor dengan Beberapa Jenis Teknologi yang Berbeda SPEED (Kecepatan Eksekusi)

DAYA

DENSITY (Kepadatan komponen)

Keterangan

PMOS

Rendah

Sedang

Tinggi

Pemakaian menurun

NMOS

Rendah – Sedang

Sedang

Tinggi

Standard

CMOS

Sedang

Sangat Kecil

Sedang – Tinggi

CMOS-SOS

Sedang – Tinggi

Kecil

Tinggi

JENIS TEKNOLOGI

Teknologi MOS

Daya terkecil Yield Rendah

Teknologi Bipolar Schottky TTL

Sedang – Tinggi

Sedang

Sedang – Tinggi

Yield Tinggi

ECL

Sangat Tinggi

Tinggi

Sedang

Kecepatan tertinggi

I2L

Sedang – Tinggi

Kecil

Sangat Tinggi

Kepadatan tertinggi

1.5.2

PENGELOMPOKAN BERDASARKAN JUMLAH BIT DATA (WORD-SIZE)

Berdasarkan jumlah bit data (word-size), pada waktu ini terdapat banyak macam mikroprosesor, mulai dari mikroprosesor 4 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit, dan 64 bit. Semakin lebar word-size-nya yang berarti juga bus data-nya, maka secara otomatis semakin tinggi kecepatan eksekusinya. Kecepatan eksekusi sebenarnya tidak hanya bergantung dari word-size-nya, tetapi terutama justru bergantung dari teknologinya. Hanya saja untuk jenis teknologi yang sama, bila word-size-nya semakin lebar, maka otomatis kecepatan eksekusinya akan semakin tinggi/cepat. Berikut ini dibahas secara singkat beberapa jenis mikroprosesor/mikrokomputer mulai dari mikroprosesor 4 bit sampai dengan mikroprosesor 64 bit. Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-14

MIKROPROSESOR 4 bit Mikroprosesor Intel 4004 merupakan mikroprosesor pertama yang diperkenalkan tahun 1971. Mikroprosesor ini menggunakan teknologi PMOS. Selain itu telah dikembangkan pula beberapa buah mikroprosesor 4 bit dengan teknologi yang sama maupun teknologi lainnya. Beberapa contoh selain Intel 4004 yang juga termasuk dalam mikroprosesor 4 bit diantaranya adalah Intel 4040 dan Rokwell PPS4.

MIKROPROSESOR 8 bit Mikroprosesor 8 bit merupakan mikroprosesor standard yang muncul pertama kali dan menggunakan teknologi PMOS atau NMOS dan umumnya berupa mikroprosesor monolitik. Sifat khusus mikroprosesor ini adalah harga murah, dengan kepadatan komponen sangat tinggi (ukuran pada masa itu), daya yang cukup rendah, tetapi dengan kecepatan yang tinggi (juga ukuran pada masa itu). Beberapa contoh diantaranya adalah Motorola 6800, 6809, Intel 8008, 8080, 8085, Zilog Z80, Mostek 5065, 6502, NS SC/MP, RCA COSMAC, Signetics 2650, GI LP8000, Rockwell PSP8, Intersil IN6100.

MIKROPROSESOR 16 bit Pada mikroprosesor 16 bit, bagian ALU (Arithmetic Logic Unit), register dalam dan sebagian besar instruksinya dirancang untuk dapat bekerja dengan binary words sebesar 16 bit. Mikroprosesor ini menggeser kedudukan mikroprosesor 8 bit sebagai mikroprosesor standard. Mikroprosesor ini mulai diperkenalkan sekitar tahun 1981/1982 dan sangat populer di tahun 1989. Beberapa contoh diantaranya adalah Intel 8086, 8088, 80186, 80188, 80286 (130.000 transistor/chip), 80288, Motorola MC68000, Data General MN601, GenInst CP1600, NS PACE, Texas Instrumens TMS9900, Zilog Z8000. Mikroprosesor Intel 8086 mempunyai bus data 16 bit, sehingga dapat menulis atau membaca data ke/dari memori atau port input/output sebesar 16 bit atau 8 bit setiap saat. Mikroprosesor ini mempunyai bus alamat 20 bit, sehingga dapat 20 mengalamati sebanyak 2 = 1.048.576 = 1 Mega lokasi memori (memory space). Mikroprosesor Intel 8088 memiliki ALU, register, dan perangkat instruksi yang sama dengan Intel 8086, serta juga mempunyai bus alamat sebanyak 20 bit. Tetapi, sebenarnya Intel 8088 hanya dapat membaca atau menulis data sebesar 8 bit setiap saat.

MIKROPROSESOR 32 bit Mikroprosesor 32 bit mulai diperkenalkan sekitar tahun 1984/1985 yang mulai dapat bekerja dengan memori dalam orde Giga Byte. Mikroprosesor ini sangat populer di tahun 1992 s/d 1995. Beberapa contoh diantaranya adalah Intel 80386 (275.000 transistor/chip), 80386SX, 80486 (1,2 juta transistor/chip), NS 32032 (National Semiconductor, VLSI, Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-15

NMOS, 70.000 elemen/chip), WE 32000 (Western Electric, VLSI, CMOS, 146.000 elemen/chip), MC68020 (Motorola, VLSI, 90% CMOS, 10% NMOS, 170.000 elemen/chip).

MIKROPROSESOR 64 bit Mikroprosesor 64 bit, mulai diperkenalkan sekitar tahun 1993 dan terus berkembang sampai memasuki tahun 2000. Beberapa contoh diantaranya adalah Intel Pentium (tahun 1993/1994, dengan 3 - 4 juta transistor), P6 dan Pentium II (tahun 1996/1997, dengan 5 – 7,5 juta transistor, sudah menggunakan word size 64 bit tetapi software yang beredar masih berbasis 32 bit), dan P7 (tahun 1998/1999, dengan 10 – 14 juta transistor). Semua mikroprosesor ini mempunyai 32 saluran 32 alamat (bus alamatnya 32 bit), sehingga memory space-nya 2 = 4 Giga lokasi memori. Mikroprosesor Intel 8088 memiliki ALU, register, dan perangkat instruksi yang sama

1.5.3

PENGELOMPOKAN BERDASARKAN FUNGSI DAN INTEGRASINYA

Berdasarkan fungsi dan integrasinya, mikroprosesor dapat dikelompokan seperti berikut ini.  Mikroprosesor Monolitik (chip tunggal);  Mikroprosesor (atau prosesor) Bit-slice;  Mikroprosesor Plus;  Mikrokomputer chip tunggal (One-chip Microcomputer). Berikut ini dibahas secara singkat pengertian pengelompokan tersebut disertai beberapa contoh.

MIKROPROSESOR MONOLITIK Mikroprosesor monolitik merupakan mikroprosesor yang berada dalam sebuah rangkaian terintegrasi (sebuah IC atau sebuah chip). Sifat khusus mikroprosesor ini adalah harga murah, dengan kepadatan sangat tinggi, daya cukup rendah, tetapi kecepatan relatif rendah dibandingkan beberapa jenis lainnya. Hampir semua mikroprosesor adalah mikroprosesor monolitik. Namun demikian saat ini pembuatan mikroprosesor sudah cenderung ke arah one-chip microcomputer, selain kebutuhan pasar juga dapat untuk mempertinggi kecepatan eksekusinya.

MIKROPROSESOR (atau Procesor) BIT SLICE Mikroprosesor jenis ini mayoritas menggunakan teknologi bipolar (Schottky TTL, ECL, atau I2L). Sifat khusus dari prosesor jenis ini adalah kecepatannya tinggi, meskipun kepadatannya tidak tinggi. Dengan menghubungkan paralel m buah prosesor bit-slice dari n bit misalnya, dapat diperoleh suatu mikroprosesor dengan bit data (word length) = m x n bit. Beberapa contoh mikroprosesor jenis ini adalah AMD 2903, Motorola 10800, dan Signetics 3000. Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-16

Keuntungan lain mikroprosesor bit-slice adalah sifat microprogrammable, artinya mikroprogram dapat dibuat oleh pemakai (user).

MIKROPROSESOR PLUS Mikroprosesor ini merupakan jembatan antara mikroprosesor monolitik dan onechip microcomputer. Suatu mikroprosesor plus pada umumnya mengandung sebuah MPU + RAM atau komponen lain, misalnya Motorola MC6802 dan Intel 8035 yang masing-masing terdiri dari MPU + RAM + Clock.

ONE (SINGLE) – CHIP MICROCOMPUTER Unit mikrokomputer (MCU = Microcomputer Unit) ini telah mengandung unit mikroprosesor, memori, dan unit input-output. Dengan menggunakan MCU ini, maka jumlah komponen yang diperlukan untuk membuat suatu sistem menjadi makin kecil. Beberapa contoh one-chip microcomputer yang menggunakan teknologi NMOS adalah Motorola 6801 dan 6805, Intel 8041 dan 8049. Sedangkan beberapa contoh yang menggunakan teknologi CMOS adalah Intersil 87C41 dan 87C48, Motorola 146805, serta CDP 1804 (RCA) yang menggunakan teknologi CMOS-SOS.

DAFTAR PUSTAKA [1] Charles M.Gilmore , Microprocessors:Principles and Applications, Glencoe/McGraw-Hill, 2nd International Ed. , 1995 [2] Lance A. Leventhal, Introduction to Microprocessors : Software, Hardware, Programming, Prentice Hall,1978. [3] Tom Shanly, Pentium Pro and Pentium II System Architecture, 2nd, MindShare, Inc., Addison – Wesley, 1998. [4] Pasahow, Edward, J. , Microprocessor and Microcomputer Interfacing for Electronics Technicians, McGraw-Hill, New York, 1981. [5] Chris H. Pappas dan Willian H. Murray III, 80386 Mikroprocessor Handbook, Osborne McGraw-Hill, 1988 [6] Avtar Singh dan Walter A. Triebel, The 8088 Microprocessor : Programmnig, Interfacing, Software, Hardware, and Applications, Prentice Hall, International Editions, 1989 [7] Rodnay Azks (alih bahasa : S.H. Nasution), From Chips to Systems : An Introduction to Microprocessors ( Dari Chip ke Sistem : Pengantar Mikroprosesor), Sybec Inc., 1981 (Penerbit Erlangga, 1986). [8] Harry Garland (alih bahasa : M. Barmawi dan M.O. Tjia), Introduction to Microprocessor System Design ( Pengantar Desain Sistem Mikroprosesor), McGraw-Hill Inc., 1979 (Penerbit Erlangga, 1984). [9] Barry B. Brey , Microprocessors and Peripherals : Hardware,Software,Interfacing, and Applications, Merrill Publishing Company, 1988. Sistem Mikroprosesor/Teknik Elektro/FTI/Universitas Jayabaya/Modul ke 1/Hal 1-17