Mikroprosesor

ebuah mikroprosesor (sering dituliskan: µP atau uP) adalah sebuah central processing unit (CPU) elektronik komputer  yang terbuat dari transistor mini dan sirkuit lainnya di atas sebuah sirkuit terintegrasi  semikonduktor.

Sebelum berkembangnya mikroprosesor, CPU elektronik terbuat dari sirkuit terintegrasi TTL terpisah; sebelumnya, transistor individual; sebelumnya lagi, dari tabung vakum. Bahkan telah ada desain untuk mesin komputer sederhana atas dasar bagian mekanik seperti gear, shaft, lever, Tinkertoy, dll.

Evolusi dari mikroprosesor telah diketahui mengikuti Hukum Moore yang merupakan peningkatan performa dari tahun ke tahun. Teori ini merumuskan bahwa daya penghitungan akan berlipat ganda setiap 18 bulan, sebuah proses yang benar terjadi sejak awal 1970-an; sebuah kejutan bagi orang-orang yang berhubungan. Dari awal sebagai driver dalam kalkulator, perkembangan kekuatan telah menuju ke dominasi mikroprosesor di berbagai jenis komputer; setiap sistem dari mainframe terbesar sampai ke komputer pegang terkecil sekarang menggunakan mikroprosesor sebagai pusatnya.

Karakteristik Mikroprosesor

Berikut adalah karakteristik penting dari mikroprosesor :

Ukuran bus data internal (internal data bus size): Jumlah saluran yang terdapat dalam mikroprosesor yang menyatakan jumlah bityang dapat ditransfer antar komponen di dalam mikroprosesor.

Ukuran bus data eksternal (external data bus size): Jumlah saluran yang digunakan untuk transfer data antar komponen antara mikroprosesor dan komponen-komponen di luar mikroprosesor.

Ukuran alamat memori (memory address size): Jumlah alamat memori yang dapat dialamati oleh mikroprosesor secara langsung.

Kecepatan clock (clock speed): Rate atau kecepatan clock untuk menuntun kerja mikroprosesor.

Fitur-fitur spesial (special features): Fitur khusus untuk mendukung aplikasi tertentu seperti fasilitas pemrosesan floating point, multimedia dan sebagainya.

Sekilas Sejarah Mikroprosesor

Mikroprosesor adalah sebuah chip (IC) yang bekerja dengan program. Fungsi Mikroprosesor adalah sebagai pengontrol atau pengolah utama dalam suatu rangkaian elektronik. Mikroprosesor biasa disebut juga CPU (Central Processing Unit).

Cara kerja sebuah Mikroprosesor diarahkan oleh suatu program dalam kode-kode bahasa mesin yang telah dimasukkan terlebih dahulu ke dalam sebuah memori. Di dalam Mikroprosesorminimal terdiri dari rangkaian digital, register, pengolah logika aritmatika, rangkaian sekuensial.Sejarah Mikroprosesor.

Th. 1946 : Komputer modern pertama dibuat di University of Pennsylvania USA yang disebut ENIAC (Electronics Numerical Integrator and Calculator.

ENIAC terdiri dari 17.000 tabung hampa, 500 mil kabel, berat > 30 ton, dapat menjalankan 100.000 operasi per detik, diprogram dengan mengatur jalur kabel pada rangkaiannya.

Th. 1948 : Transistor pertama dibuat di Bell Labs, USA.

Th. 1958 : IC (Integrated Circuit) pertama dibuat oleh Jack Kilby dari Texas Instrument, USA.

Penemuan IC ini mendorong pengembangan IC Digital (1960), dan mikroprosesor pertama oleh Intel (1971).

Mikroprosesor pertama di dunia adalah Intel 4004 merupakan prosesor 4-bit, Kebanyakan Kalkulator masih berbasis mikroprosesor 4-bit.

Th. 1971 : Intel mengeluarkan mikroprosesor 8-bit yaitu Intel 8008.

Th. 1973 : Intel memperkenalkan mikroprosesor 8-bit modern pertama Intel 8080 (10x lebih cepat dari 8008), dan diikuti Motorola MC6800.

Th. 1977 : Intel memperkenalkan 8085 yang merupakan mikroprosesor 8-bit terakhir yang dibuat Intel dengan frek.clock dan kecepatan lebih tinggi.

Perusahaan lain yang mampu menyaingi Intel 8085 adalah Zilog Corporation dengan Z80.

Th. 1978 : Intel mengeluarkan mikroprosesor 16-bit yaitu 8086, setahun kemudian mengeluarkan 8088 dengan kecepatan eksekusi dan memori lebih besar dari 8085, serta mulai digunakannya cache memori (sistem antrian yang mengatur pemberian instruksi sebelum menjalankannya).

Intel 8086/8088 disebut juga CISC (Complex Instruction Set Computer) karena jumlah dan kompleksitas instruksinya.

Th. 1981 : IBM membuat PC menggunakan mikroprosesor 8088 untuk menjalankan aplikasi seperti spreadsheet dan pengolah kata.

Th. 1983 : Intel mengeluarkan mikroprosesor 16-bit 80286, dengan kemampuan memori 16 MB.

Th. 1986 : Intel mengeluarkan mikroprosesor 32-bit pertama 80386, dengan kemampuan memori 4 GB.

Th. 1989 : Intel mengeluarkan mikroprosesor 32-bit 80486, dengan kemampuan memori 4 GB + 8K Cache.

Th. 1993 : Intel memperkenalkan mikroprosesor 32-bit Pentium I, Th. 1997 Pentium II,kemudian berturut-turut Pentium III dan Pentium 4 pada Th. 2000, dimana mulai digunakan teknologi memori RAMBUS menggantikan teknologi SDRAM.

A. Pengertian

Definisi: Mikroprosesor adalah suatu chip (IC=integrated circuits) yang di dalamnya terkandung rangkaian ALU (arithmetic-logic unit), rangkaian CU (control unit), dan register-register. Mkroprosesor disebut juga dengan CPU (Central Processing Unit)

ALU: menyediakan fungsi pengolahan

CU: mengontrol fungsi prosesor

Register: penyimpan sementara dalam mikroprosesor

B. Jenis Mikroprosesor

Mikroprosesor dan keluarga komponen sejenis seperti memori dan rangkaian I/O dibuat dengan berbagai teknologi bahan. Beberapa dari teknologi tersebut adalah TTL (Transistor-transistor Logic),  STTL (Schottky-clamped TTL), LSTTL ( Low Power STTL), ECL (Emitter Coupled Logic), IIL (Integrated-injection Logic), PMOS (P-Channel Metal Oxide Semiconductor),         NMOS (N-Channel Metal Oxide Semiconductor),  CMOS (Complementary MOS), dan HSCMOS (High Speed CMOS).

Atas Dasar Teknologi Bahannya

Prosesor                      Teknologi        Konsumsi Daya     Instruksi Siklus

•INTEL 8008                    PMOS         420mW                 10us

•INTEL 8085                    NMOS         400mW                 1,3us

•INTEL 80286                  HCMOS       2500mW                0,1us

•RCA 1802C                    CMOS         400mW                 6,4us

•MOTOROLA MC6800      NMOS         600mW                 2,0us

•MOTOROLA MC68000    HCMOS       1750mW               0,08us

•MOS Technology 6502    NMOS          250mW                3,0us

•National 32032               HCMOS        1000mW              0,1us

•Zilog Z80                        NMOS          400mW               1,3us

Atas Dasar Lebar Bus Data dan Pabrik Pembuatnya

Prosesor   Pabrik    Lebar Data    Teknologi   Tahun

4004         INTEL         4-bit          PMOS         1971

4040         INTEL         4-bit          PMOS         1971

PPS-4      Rockwell     4-bit          PMOS         1972

8008         INTEL         8-bit          PMOS         1972

8080         INTEL         8-bit          NMOS         1974

F8            Fairchild      8-bit          NMOS         1974

6800        Motorola       8-bit          NMOS         1974

Z80           Zilog            8-bit         NMOS          1976

6801       Motorola        8-bit          NMOS         1978

6809        Motorola       8-bit          NMOS         1978

9900       Texas Inst.    16-bit         NMOS         1976

68000      Motorola       16-bit        NMOS

Z8000       Zilog            16-bit         NMOS

C. Arsitektur Mikroprosesor

Arsitektur Mikroprosesor INTEL 8085

Arsitektur Mikroprosesor INTEL 8086

D. Mode Pengalamatan(Addressing Mode)

 1. Program DEBUG

•DEBUG merupakan program yang berjalan di atas sistem operasi DOS yang dapat digunakan untuk mengeksplorasi resources yang dimiliki prosesor 8086.  Menjalankan DEBUG:

C:\DEBUG

•Melalui DEBUG kita dapat menulis instruksi assembly, menjalankan instruksi assembly, melihat isi register, melihat isi memori maupun memodifikasi isi memori.

2. Mode Pengalamatan Pada Mikroprosesor Keluarga 8086

•Merupakan cara memberikan perintah transfer/pemindahan data dari lokasi satu ke lokasi lainnya.

•Lokasi pemindahan data dapat meliputi: register, alamat memori, maupun piranti I/O

Pemrogram (manusia) menulis instruksi dalam format assembly, selanjutnya oleh compiler (program) diubah menjadi format heksadesimal dan disimpan dalam memori

Untuk mempelajari mode pengalamatan dapat digunakan program DEBUG. Jalankan program DEBUG, kemudian berikan perintah A untuk menulis program assembly. Tulis program assembly seperti berikut ini!

MOV  AL,15

MOV  BL,21

MOV  CX,1A2B

MOV  DX,5678

Setelah program ditulis, coba jalankan ke-4 instruksi tersebut dengan memberi perintah trace dengan mengetik T diikuti ENTER sebanyak 4 kali!

3. Mode Pengalamatan Register (Register Addressing)

Register addressing adalah mode pengalamatan yang digunakan untuk mentransfer data (byte/word) dari register sumber ke register tujuan.

4. Mode Pengalamatan Tak Langsung (Indirect Addressing)

Merupakan mode pengalamatan untuk mentransfer DATA/byte/word antar register dan lokasi yang alamatnya ditunjukkan oleh isi suatu register.

5. Base Plus Index Addressing

Yaitu mode pengalamatan yang digunakan untuk mentransfer byte/word antar register dan memori yang alamatnya ditunjukkan oleh jumlah register base dan index.

Bentuk1:   MOV [BX + SI], AX

Bentuk2:   MOV AX,[BX+SI]

Tugas2:

Susun intruksi dalam bahasa assembly untuk memindahkan isi akumulator AX yakni A1B2  ke alamat memori 10500 heksadesimal dengan menggunakan mode pengalamatan base plus index, anggap segmen yang digunakan DS = 1000 dan register indeks yang digunakan SI = 300

6. Register Relative Addressing

Yaitu mode pengalamatan untuk tranfer byte/word antar register dan memori yang alamatnya ditunjukkan oleh isi suatu register dan jaraknya (displacement)

7. Base Relative Plus Index Addressing

Merupakan mode pengalamtan yang digunakan untuk mentransfer byte/word antar register dan memori yang alamatnya ditunjukkan oleh suatu register base dan register index ditambah displacement  nya

Memori

A. ROM (Read Only Memory)

ROM Merupakan chip (IC=integrated circuit) yang menyediakan fungsi penyimpanan data yang bersifat “hanya dapat dibaca saja, tidak dapat ditulisi”, dan sifat penyimpanannya permanen (jika catudayanya ditiadakan, isi ROM tetap ada). Tipe memori ini sering disebut sebagai memori yang tidak mudah berubah (nonvolatile memory).

  1. PROM (Programmable ROM)

PROM merupakan ROM yang isinya diprogram oleh pabriknya. Jenisnya: ROM Matriks Diode/Transistor BJT/FET

  2. EPROM (Erasable PROM)

EPROM Adalah ROM yang dapat dihapus dan diprogram isinya oleh pengguna. UV-EPROM adalah ROM yang isinya dapat dihapus dengan sinar Ultra Violet. Untuk memrogram ROM ini digunakan EPROM Programmer

 3. EEPROM (Electrically EPROM)

flash ROM yang isinya dapat dihapus dan diprogram secara elektris. Contoh: CMOS Setup pada PC. Jika ingin mengubah konfigurasi PC, maka pada saat booting tekan tombol Del sehingga muncul informasi konfigurasi yang akan diubah. Pengubahan konfigurasi, pada dasarnya adalah memrogram CMOS/EEPROM secara elektris.

B. RAM (Random Access Memory)

RAM Merupakan chip yang menyediakan fungsi penyimpanan data yang bersifat “dapat dibaca dan ditulisi”, dan sifat penyimpanannya sementara (jika catudayanya ditiadakan, isi RAM hilang)

1. Dynamic RAM (DRAM)

Merupakan RAM yang sel-selnya menggunakan kapasitor sehingga: (1) datanya tidak stabil/dinamis sehingga diperlukan rangkaian “refresh”, (2) lebih lambat, (3) kepadatan komponen tinggi/kapasitas besar, (4) lebih murah

a. Operasi Read DRAM

•Alamat baris (A1A0) ditempatkan pada pin alamat lewat bus alamat

•Pin RAS diaktifkan  agar sinyal-sinyal alamat baris menempati input dekoder alamat baris.

•Dekoder alamat baris memilih baris data yang diinginkan yang akan dikirim ke buffer out

•Pin CS dan R/W diaktifkan pada mode read

•Alaman kolom (A3A2) ditempatkan pada pin alamat lewat bus alamat

•Pin CAS diaktifkan untuk menempatkan sinyal alamat pada input dekoder kolom. Pin ini selalu memberikan Output Enable, setiap sinyal CAS diberikan

•Data akan ditempatkan pada .Dout

•RAS dan CAS dinonaktifkan untuk melaksanakan operasi berikutnya

   b. Operasi Write DRAM

•Data yang akan disimpan ditempatkan pada Din

•Alamat baris (A1A0) ditempatkan pada pin alamat lewat bus alamat

•Pin RAS diaktifkan  agar sinyal-sinyal alamat baris menempati input dekoder alamat baris.

•Dekoder alamat baris memilih lokasi baris yang akan ditempati data dari buffer in

•Pin CS dan R/W diaktifkan pada mode write

•Alaman kolom (A3A2) ditempatkan pada pin alamat lewat bus alamat

•Pin CAS diaktifkan untuk menempatkan sinyal alamat pada input dekoder kolom.

•Data akan ditempatkan pada alamat pada array sesuai yang diinginkan

•RAS dan CAS dinonaktifkan untuk melaksanakan operasi berikutnya