MIKROPROSESOR

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Pada saat ini, teknologi semakin berkembang dengan sangat cepat dan semakin canggih.Perkembangan teknologi ini pastinya sangat berkaitan dengan perkembangan teknologi komputer.Dimana teknologi komputer merupakan pendukung bahkan penggerak kemajuan teknologi informasi pada jaman sekarang ini.Dan tidak bisa dipungkiri bahwa ilmu elektronika sangat berpengaruh kepada perkembangan Teknologi. Sebuah komputer mampu mengendalikan sebuah rangkaian alat elektronika menggunakan sebuah chip IC yang dapat diisi program dan logika yang disebut teknologi Mikroprosesor.

B.     Rumusan Masalah

1.      Sejarah perkembangan mikroprosessor dari tahun 2000 – sekarang

2.      Saluran – saluran yang ada pada mikroprosessor

3.      Arsitektur dan Konfigurasi Mikroprosessor Z80

BAB II

ISI

A.    Sejarah Perkembangan Mikroprosesor Tahun 2000 - Sekarang

Tahun  : 2000: Intel® Pentium® 4 Processor

Processor Pentium IV merupakan produk Intel yang kecepatan prosesnya mampu menembus kecepatan hingga 3.06 GHz. Pertama kali keluar processor ini berkecepatan 1.5GHz dengan formafactor pin 423, setelah itu intel merubah formfactor processor Intel Pentium 4 menjadi pin 478 yang dimulai dari processor Intel Pentium 4 berkecepatan 1.3 GHz sampai yang terbaru yang saat ini mampu menembus kecepatannya hingga 3.4 GHz.

Tahun : 2001: Intel® Xeon® Processor

Processor Intel Pentium 4 Xeon merupakan processor Intel Pentium 4 yang ditujukan khusus untuk berperan sebagai computer server. Processor ini memiliki jumlah pin lebih banyak dari processor Intel Pentium 4 serta dengan memory L2 cache yang lebih besar pula.

Tahun : 2001: Intel® Itanium® Processor

Itanium adalah processor pertama berbasis 64 bit yang ditujukan bagi pemakain pada server dan workstation serta pemakai tertentu. Processor ini sudah dibuat dengan struktur yang benar-benar berbeda dari sebelumnya yang didasarkan pada desain dan teknologi Intel’s Explicitly Parallel Instruction Computing ( EPIC ).

Tahun : 2002: Intel® Itanium® 2 Processor

Itanium 2 adalah generasi kedua dari keluarga Itanium.

Tahun : 2003: Intel® Pentium® M Processor

Chipset 855, dan Intel® PRO/WIRELESS 2100 adalah komponen dari Intel® Centrino™. Intel Centrino dibuat untuk memenuhi kebutuhan pasar akan keberadaan sebuah komputer yang mudah dibawa kemana-mana.

Tahun : 2004: Intel Pentium M 735/745/755 processors

Dilengkapi dengan chipset 855 dengan fitur baru 2Mb L2 Cache 400MHz system bus dan kecocokan dengan soket processor dengan seri-seri Pentium M sebelumnya.

Tahun : 2004: Intel E7520/E7320 Chipsets

7320/7520 dapat digunakan untuk dual processor dengan konfigurasi 800MHz FSB, DDR2 400 memory, and PCI Express peripheral interfaces.

Tahun : 2005: Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73GHz

Sebuah processor yang ditujukan untuk pasar pengguna komputer yang menginginkan sesuatu yang lebih dari komputernya, processor ini menggunakan konfigurasi 3.73GHz frequency, 1.066GHz FSB, EM64T, 2MB L2 cache, dan HyperThreading.

Tahun : 2005: Intel Pentium D 820/830/840

Processor berbasis 64 bit dan disebut dual core karena menggunakan 2 buah inti, dengan konfigurasi 1MB L2 cache pada tiap core, 800MHz FSB, dan bisa beroperasi pada frekuensi 2.8GHz, 3.0GHz, dan 3.2GHz. Pada processor jenis ini juga disertakan dukungan HyperThreading.

Tahun : 2006: Intel Core 2 Quad Q6600

Processor untuk type desktop dan digunakan pada orang yang ingin kekuatan lebih dari komputer yang ia miliki memiliki 2 buah core dengan konfigurasi 2.4GHz dengan 8MB L2 cache (sampai dengan 4MB yang dapat diakses tiap core ), 1.06GHz Front-side bus, dan thermal design power ( TDP ).

Tahun : Saat Ini : Core i3, i5, i7

Core i3 530 berjalan pada 2.93GHz dan tidak memiliki fitur turbo mode. Core i3 530 akan berjalan pada 1.33GHz pada frekuensi terendah, dan tidak lebih cepat daripada 2.93GHz pada full load. Fitur turbo boost yang hilang merupakan pengorbanan, karena 530 masih memiliki 4MB L3 cache dibagi antara kedua core.

Uncore i5 berjalan pada clock 2.13GHz, turun dari 2.40GHz. Kinerja yang harus terluka sedikit dibandingkan dengan simulasiIntel Core i3. Selain Turbo Boost hal lain yang Anda korbankan adalah AES acceleration.Westmere's AES (AES-NI) menonaktifkan-nya pada semua jenis Intel Core i3. Harus ada beberapa alasan bagi pengguna untuk memilih i5 sebagai gantinya.

Intel Core i7 menjadi tak terkalahkan di versi laptop dan desktopnya semenjak kemunculan Core pocessors di 2006.Core arsitektur kini ditantang oleh processors AMD kelas tinggi.Dengan Phenom nya, AMD berusaha raih pangsa pasar dengan strategi harga murahnya.Kini AMD harus extra waspada.Pasalnya Intel telah keluarkan Core terbarunya yakni Core i7 dengan chipset X58.

Core i7 akan hadir dengan 3 rasa: Core i7-965 Extreme Edition, Core i7-940, dan Core i7-920. Semua processors tersebut hadir dengan 4 cores, Hyper-Threading, 8MB dengan L3 cache memory.Mereka dibuat dengan teknologi manufaktur 45nm. Semua processors tersebut akan berjalan di 1066MHz. Di seri 965 Extreme Edition (EE) akan berjalan pada kecepatan 3,2 GHz .Semu seri EE ini akan mudah untuk di overcloack. Arsitektur baru Intel ini dilengk`pi soket LGA 1366.Sayang Soket LGA 775 terdahulu yang suport untuk CPU Core 2, kini sudah tidak kompatibel bagi Core i7. 

B.     Saluran – saluran yang ada pada Mikroprosesor

Di dalam mikroprosesor ada  yang disebut sebagai System BUS. Sistem BUS ini digunakan sebagai jalur pengiriman sinyal-sinyal baik itu masukan maupun keluaran.Terdapat 3 jalur didalam mikroprosesor, yaitu Data BUS, Address BUS dan Control BUS.

Data Bus

Tidak Seperti mikroprosesor ideal, mikroprosesor-mikroprosesor ril tidak mampu memperoleh kemewahan dari sejumlah saluran masukan dan keluaran yang besar. Untuk kebanyakan mikrokontroler, jumlah saluran keluaran sama banyaknya dengan jumlah saluran masukan. Jumlah saluran tersebut didefinisikan sebagai lebar jejak data atau ukuran kata dari mikroprosesor yang bersangkutan.Saluran-saluran yang digunakan tersebut digunakan untuk mengangkut dari mikroprosesor dan ke mikroproseor itu sendiri secara kolektif, inilah yang disebut dengan BUS Data.

Sebagai contoh, terdapat sebuah mikroprosesor dengan 8 buah saluran masukan dan 8 buah saluran keluran. Mikroprosesor ini hanya dapat beroperasi pada data yang bernilai 8 bit atau 1 byte setiap saat.  Tingkatan-tingkatan logika pada saluran data, setiap saat memberikan tanda dari suatu kata data tertentu.Dalam mikroprosesor yang dicontohkan tadi, kata data tersebut dibangun oleh 8 angka biner mulai dari PIN/PORT 0 hingga PIN/POTR 7.Data masukan atau keluaran dapat dinyatakan secara numerik.Misalnya 00010111 pada bilangan biner atau 23 pada bilangan desimal. Namun cara dengan angka biner lebih dianjurkan karena lebih memudahkan kita dalam mengoperasikannya. Untuk lebih memudahkan dalam pemahaman bilangan biner, maka diakhir bilangan biler tersebut diberikan tanda “B” sebagai isyarat bahwa bilangan tersebut adalah bilangan biner (00010111B).

Selain bilangan biner dan desimal, pengoperasian angka-angka dalam mikroprosesor juga dapat dinyakataka secara oktal (bilangan berbasis 8, 0 – 7) dan hexadesimal (bilangan berbasis 16, 0 – F).Misalnya 00010111B adalah ekivalen dengan bilangan oktal 27 dan 17 untuk hexadesimal.Untuk membedakannya hanyalah tinggal memberikan tanda “Q” untuk bilangan oktal dan “H” untuk bilangan hexadesimal.

Address BUS

Untuk mikroprosesor ideal, data keluaran dapat merupakan fungsi dari seluruh sejarah dari data masukan.Fungsinya tersendiri ditentukan oleh program mikroprosesro.Apabila mikroprosesor idela dianggapa memiliki memori internal yang tak terbatas, dan mikroprosesor ril memiliki kapasitas memori internal yang terbatas.  Akibatnya, sering kali mikroprosesor harus mampu mencapai memori diluar.Pada umumnya mikroprosesor harus mampu menyimpan informasi dalam memori ini dan mengambil daripadanya.

Informasi disimpan dalam dalam memori pada suatu kumpulan lokasi memori.Masing-masing lokasi memori mengandung kata memori.Ukuran kata memori ditentukan oleh lebar lintasan data dari mikroprosesor. Suatu mikroprosesor 8 bit misalnya, memerlukan setiap lokasi satu kata data 8 bit atau 1 byte. Akan tetapi organisasi komputer yang berbeda akan digunakan untuk mikropsosesor 4 bit, sedemikian sehingga setiap lokasi memori mengandung kata 4 bit atau satu nybble.

Kata alamat (Address Word), dari suatu mikroprosesor dapat dinyatakan dalam notasi seperti pada data BUS.

Control BUS

Control BUS ini digunakan sebagai pengendali kedua sistem BUS yang telah dibicarakan sebelumnya (Address BUS dan Data BUS).  Dalam banyak mikroprosesor disediakan suatu pengendali masukan khusus yang digunakan untuk memungkinkanoperasi DMA (Direct Memory Access).

Pada saat Address BUS dan Data BUS telah memiliki kondisi tri-keadaan, maka mikroprosesor (dalam contoh) akan memberikan tanggapan terhadap permintaan yang diberikan. Sinyal pengendalaian dari BUS pengendali yang diberikan dapat aktif tinggi atau rendah. Misalnya, apabila logika 0 menunjukan bahwa BUS data berada pada modus masukan, suatu garis diatas nama sinyal menunjukan bahwa sinyal tersebut aktif rendah. Sebaliknya, apabila logika 1 menunjukan bahwa BUS data berada pada modus masukan, suatu garis diatas nama sinyal menunjukan bahwa sinyal tersebut aktif tinggi.

C.    Arsitektur dan Konfigurasi Mikroprosesor Zilog Z80

Arsitektur

CPU Z80 adalah mikroprosesor generasi keempat yang ditingkatkan tak terkecuali untuk kebutuhan daya komputasi. Mikroprosesor ini menawarkan throughput sistem yang lebih tinggi dan penggunaan memori yang efisien dibandingkan dengan mikroprosesor yang sama pada generasi kedua dan ketiga. Register internalnya terdiri dari 208-bit memori baca/tulis yang bisa diakses oleh programmer. Register-register tersebut termasuk dua set enam register serba-guna yang bisa digunakan secara sendiri-sendiri (individual) sebagai register 8-bit atau sebagai pasangan register 16-bit. Sebagai tambahan, ada dua set register lagi, yaitu akumulator dan register bendera (flag). Grup perintah "Exchange" membuat set register utama atau register alternatif bisa diakses oleh programmer. Set alternatif mengijinkan operasi dalam mode nampak-tersembunyi (foreground-background) atau bisa digunakan sebagai cadangan bagi tanggapan interupsi sangat cepat.

CPU Z80 juga tersusun atas sebuah Stack Pointer, Program Counter, dua buah register indeks, sebuah register Refresh (counter), dan sebuah register interupsi.CPU Z80 juga sangat mudah disertakan pada sistem karena hanya memerlukan sumber tegangan tunggal +5V. Semua sinyal output sepenuhnya di-decode dan di-time untuk mengontrol sirkuit memori atau periferal standar. CPU Z80 didukung oleh perluasan keluarga pengontrol periferal.

Ada tiga jenis arsitektur mikroprosesor :

•Arsitektur I/O terisolasi

•Arsitektur I/O terpetakan dalam Memori

•Arsitektur Harvard

       1. Arsitektur I/O Terisolasi

Mikroprosesor dengan arsitektur I/O terisolasi menggunakan disain pengalamatan atau pemetaan I/O terpisah atau terisolasi dengan pengalamatan atau pemetaan memori.Pengalamatan I/O menggunakan sebagian dari jumlah saluran alamat (address buss) sedangkan pengalamatan memori menggunakan semua saluran alamat (address buss).
Metode I/O terisolasi menggunakan akumulator pada CPU untuk menerima informasi dari I/O atau mengeluarkan informasi ke bus I/O selama operasi input output. Tidak ada register lain selain akumulator yang terpakai untuk akses I/O. Metode I/O terisolasi disebut juga dengan I/O akumulator. Konsep ini memiliki pengaruh penting pada program komputer yaitu :

ü  Instruksi yang digunakan hanya dua kode operasi yaitu IN dan OUT.

ü  Informasi/data yang ada pada akumulator harus dialihkan pada suatu lokasi penyimpanan sementara sebelum ada operasi I/O berikutnya.

ü  Perlu ada tambahan instruksi pada program pengalihan data/informasi pada akumulator.

Keuntungan metode I/O terisolasi :

ü  Komputer dapat mengalihkan informasi/data ke atau dari CPU tanpa menggunakan memori.

ü  Alamat atau lokasi memori untuk rangkaian memori bukan untuk operasi I/O.

ü  Lokasi memori tidak terkurangi oleh sel-sel I/O Instruksi I/O lebih pendek sehingga dapat dengan mudah dibedakan dari instruksi memori.

ü  Pengalamatan I/O menjadi lebih pendek dan perangkat keras untuk pengkodean alamat lebih sederhana.

Kerugian metode I/O terisolasi :

ü  Lebih banyak menggunakan penyemat pengendalian pada mikroprosesornya.

ü  Mikroprosesor buatan Intel dan mikroprosesor buatan Zilog menggunakan arsitektur I/O terisolasi..

2.Arsitektur I/O Terpetakan dalam Memori

Mikroprosesor dengan arsitektur I/O terpetakan dalam memori menyatukan sel-sel I/O dalampengalamatan yang bersama dengan sel-sel memori.I/O yang terpetakan dalam memori menunjukkanpenggunaan instruksi tipe memori untuk mengaksesalat-alat I/O.

      I/O yang dipetakan dalam memori memungkinkan CPU menggunakan instruksi yang sama untuk alihseperti yang digunakan untuk alih I/O. Sebuah pintu I/O diperlakukan seperti sebuah lokasimemori. Keuntungan sistem ini adalah instruksi yang dipakai untuk pembacaan dan penulisan memoridapat digunakan untuk memasukkan dan mengeluarkan data pada I/O.

Kerugiannya pertama tiap satu pintu I/O mengurangi satu lokasi memori yang tersedia. Kedua alamat lokasi I/O memerlukan 16 bit saluran. Ketiga instruksi I/O yang dipetakan dalam memori lebih lamadari instruksi I/O terisolasi. 

3.Arsitektur Harvard

Arsitektur Harvard menggunakan disain yang hampir sama dengan arsitektur I/O terisolasi.Perbedaannya pada arsitektur harvard antara memori program dan memori data dipisahkan ataudiisolasi.Pemisahan antara memori program dan memori data menggunakan perintah akses memori yang berbeda.Harvard arsitektur ditinjau dari kemampuan jumlah memori lebih menguntungkan. Kemasan Mikroprosesor.

Ada empat jenis bentuk kemasan mikroprosesor :

            PDIP   :           Pastic Dual Inline Package

PLCC  :           Plastic J-Lieded Chip Carrier

TQFP  :           Plastic Gull Wing Quad Flat Package

SOIC   :           Plastic Gull-wing Small Outline.

Konfigurasi Pin

A₀ – A₁₅. Bus Alamat (keluaran, aktif High, 3-state). A₀ – A₁₅membentuk bus alamat 16-bit. Bus Alamat menyediakan alamat bagi pertukaran bus data memori (sampai 64Kbyte) dan bagi pertukaran divais I/O.

BUSACK#. Pemberitahuan Bus (keluaran, aktif Low). Pemberitahuan Bus menunjukkan pada divais yang meminta bahwa bus alamat CPU, dan sinyal kontrol MREQ#, IORQ#, RD#, dan  WR# telah memasuki keadaan impedansi tinggi (high-impedance). Sirkuit eksternal sekarang bisa mengontrol jalur-jalur tersebut.

BUSREQ#. Permintaan Bus (masukan, aktif Low). Permintaan Bus memiliki prioritas lebih tinggi dibandingkan dengan NMI# dan selalu dikenali di akhir siklus mesin yang sedang berjalan. BUSREQ# memaksa bus alamat CPU, bus data dan sinyal kontrol MREQ#, IORQ#, RD# dan WR# menuju keadaan impedansi tinggi sehingga divais lain bisa mengontrol jalur-jalur tersebut. BUSREQ# normalnya terhubung OR (wired-OR) dan memerlukan satu resistor pullup eksternal bagi aplikasi tersebut. Perluasan periode BUSREQ# karena operasi DMA yang luas bisa menjaga CPU dari penyegaran (refreshing) RAM dinamis yang benar.

D₀ – D₇. Bus Data (masukan/keluaran, aktif High, 3-state). D₀ – D₇membuat sebuah bus data dua arah (bidirectional) 8-bit, yang digunakan untuk pertukaran data dengan memori dan I/O.

HALT#. Keadaan Berhenti (Halt) (output, aktif Low). HALT# menunjukkan bahwa CPU telah mengeksekusi perintah Halt dan sedang menunggu sebuah interupsi non-maskable atau maskable (dengan maskaktif) sebelum operasi bisa dilanjutkan kembali. Ketika terhenti, CPU mengeksekusi NOP untuk menjaga refresh memori.

INT#. Permintaan Interupsi (masukan, aktif Low). Permintaan Interupsi dihasilkan oleh divais I/O. CPU menerima sebuah interupsi di akhir instruksi yang sedang berjalan jika flip-flop pengaktif interupsi terkontrol software internal (IFF) diaktifkan. INT# normalnya dihubung OR dan memerlukan resistor pullup eksternal bagi aplikasi-aplikasi tersebut.

IORQ#. Permintaan Masukan/Keluaran (keluaran, aktif Low, 3-state). IORQ# menunjukkan bahwa setengah bus alamat rendah memegang sebuah alamat I/O yang sah bagi sebuah operasi penulisan atau pembacaan I/O. IORQ# juga dihasilkan secara bersamaan dengan M1# selama sebuah siklus pemberitahuan interupsi untuk menunjukkan bahwa sebuah vektor tanggapan interupsi bisa ditempatkan pada bus data.

M1#. Siklus Mesin (keluaran, aktif Low). M1#, bersama-sama dengan MREQ#, menunjukkan bahwa siklus mesin yang sedang berjalan adalah siklus pengambilan opcode dari sebuah eksekusi instruksi. M1#, bersama-sama dengan IORQ# menunjukkan bahwa siklus pemberitahuan interupsi.

MREQ#. Permintaan Memori (keluaran, aktif Low, 3-state). MREQ# menunjukkan bahwa bus alamat memegang alamat yang sah bagi operasi pembacaan memori atau penulisan memori.

NMI#. Interupsi Non-Maskable (masukan, terpicu ujung negatif). NMI# memiliki prioritas lebih tinggi dibandingkan dengan INT#. NMI# selalu dikenali di akhir instruksi yang sedang berjalan, tak tergantung dari status flipf-flop pengaktif interupsi (interrupt enable flip-flop), dan secara otomatis memaksa CPU untuk memulai kembali pada alamat 0066H.

RD#. Baca (keluaran, aktif Low, 3-state). RD# menunjukkan bahwa CPU ingin membaca data dari memori atau divais I/O. Divais I/O atau memori yang dialamati akan menggunakan sinyal ini untuk menempatkan data ke dalam bus data CPU.

RESET#. Reset (masukan, aktif Low). RESET# mengawali CPU sebagai berikut: me-reset flip-flop pengaktif interupsi, menghapus PC dan register I dan R, men-set status interupsi ke Mode 0. Selama waktu reset, bus alamat dan data berkondisi impendansi tinggi, dan semua sinyal keluaran kontrol menjadi tidak aktif. Catat bahwa RESET# harus aktif minimal selama tiga siklus clock penuh sebelum operasi reset lengkap.

RFSH#. Refresh (keluaran, aktif Low). RFSH#, bersama-sama dengan MREQ# menunjukkan tujuh bit bus alamat sistem terendah bisa digunakan sebagai alamat penyegaran ke memori dinamis sistem.

WAIT#. Tunggu (masukan, aktif Low). WAIT# menunjukkan pada CPU bahwa memori atau divais I/O yang dialamati tidak siap untuk sebuah pengiriman data. CPU selanjutnya memasuki sebuah keadaan tunggu selama sinyal tersebut aktif. Perluasan periode WAIT# bisa menjaga CPU dari penyegaran memori dinamis yang benar.

WR#. Tulis (keluaran, aktif Low, 3-state). WR# menunjukkan bahwa bus data CPU memegang data yang sah untuk disimpan pada lokasi memori atau I/O yang dialamati.

BAB III

PENUTUPAN

A.    Kesimpulan

Microprocessor adalah sebuah komponen rangkaian elektronik terpadu yang terdiri dari rangkaian aritmatik,logik dan kontrol yang diperlukan untuk menjalankan fungsi-fungsi sebuah CPU (Central Processing Unit) dari sebuah komputer digital.Rangkaian elektronika terpadu tersebut dapat menerjemahkan dan menjalankan instruksi dari sebuah program serta menangani operasi aritmatik. Microprocessor dikembangkan pada akhir tahun 1970 sebagai hasil dari teknologi LSI (Large Scale Integration), suatu rangkaian elektronik terpadu yang memungkinkan menggabungkan ribuan transistor, dioda, dan resistor pada sebuah chip silikon sebesar 5 mm persegi.

Internal Data Bus Size adalah Jumlah saluran yang terdapat dalam mikroprosesor yang menyatakanjumlah bit yang dapat ditransfer antar komponen di dalam mikroprosesor atau suatu lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat
Ekternal Data Bus Size adalah umlah saluran yang digunakan untuk transfer data antar komponen antara mikroprosesor dan komponen-komponen di luar mikroprosesor.
Memori ( Memory ) terdiri atas komponen-komponen elektronik yang menyimpan perintah- perintah yang menunggu untuk di eksekusi oleh prosesor,data yang diperlukan oleh insruksi (perintah) tersebut dan hasil-hasil dari data yang diproses ( informasi ).
Rate atau kecepatan clock untuk menuntun kerja microprocessor.Satuan ini diukur dalam unit juta instruksi per second yang disebut juga sebagai megahertz (MHz).
Fitur khusus untuk mendukung aplikasi tertentu seperti fasilitas pemrosesan floating point, multimedia dan sebagainya.Fitur-fitur inilah yang membuat sebuah microprocessor sempurna digunakan dalam bentuk apapun.