Blok Diagram Mikroprosesor

Blok Diagram Mikroprosesor

Input Output (I/O) merupakan komponen pokok dari Sistim Mikroprosesor. Informasi di luar CPU harus dikumpulkan dan di proses. Begitu di proses informasi harus disajikan dan dikirim untuk  mengendalikan berbagai alat Input Output. Perkembangan Mikroelektronika telah mendukung perkembangan I/O dari Unprogrammable ke Programmable Sistim. Beberapa komponen I/O terprogram yang sangat populer dalam dunia Sistim Mikroprosesor adalah Z-80 PIO dan PPI 8255.

I/O Paralel

Z-80 PIO (Programmable Input Output)

IC Z-80 PIO adalah IC I/O paralel terprogram yang prilakunya dapat disetel menggunakan program. Z-80 PIO adalah salah satu chip yang  diproduksi untuk pasilitas antar muka dengan Z-80 CPU. Z-80 PIO memiliki kelengkapan:

1.    Dua periperal port antar muka paralel 8 bit independent dengan kendali jabat tangan

2.    Penggerak I/O terinterupsi

3.    Empat mode operasi

a.    Mode 0: Byte Output dengan jabat tangan

b.    Mode 1: Byte Input dengan jabat tangan

c.    Mode 2: Byte Bidirectional dengan jabat tangan (hanya untuk Port A)

d.    Mode 3: Untuk Bit Control

4.    Logika interupsi dengan prioritas daisy chain

5.    Semua Input dan Output Kompatibel dengan TTL

6.    Susunan pin IC Z-80 PIO dilukiskan seperti Gambar 6

Gambar  Diagram Mode Kerja Z-80 PIO

Gambar  Susunan Pin IC Z-80 PIO

Z-80 PIO terdiri dari dua port yaitu Port A dan Port B. Masing-masing port dilengkapi dengan pena-pena jabat tangan. Dengan 40 pin dalam dua lajur fungsi masing-masing pin dapat dikelompokkan dalam empat kelompok:

1.       Kelompok Bus Data

1. D0–D7 adalah bus data 8 bit dua arah digunakan sebagai saluran data dan kata perintah.

b.    A0-A7 adalah saluran dua arah untuk Transfer data atau status dan sinyal kontrol antara peralatan I/O dan Port A.

c.    B0–B7 merupakan saluran dua arah untuk Transfer data atau status dan sinyal kontrol antara I/O dan Port B.

2.    Kelompok Kontrol

a.    B/A* sel adalah pin saluran sinyal pemilih port. Pada kondisi rendah (0) yang aktif adalah Port A, dan Port B aktif jika pin ini berkondisi tinggi (1).

b.    C/D* sel adalah pin saluran sinyal pemilih register kontrol atau Register data. Jika C/D*= 0 Register yang aktif adalah Register data dan C/D* = 1 Register yang aktif adalah register perintah.

c.    CE* adalah sinyal aktif rendah yang berfungsi sebagai pin pengaktif chip Z-80 PIO.

d.    M1* adalah sinyal aktif rendah bekerja mensinkronkan kerja interrupt logic. Pada saat M1* dan RD* aktif, Z-80 CPU melakukan fetching sebuah instruksi ke memori. Sebaliknya pada saat M1* dan IORQ* aktif, CPU melakukan pengenalan interupsi. Dan jika M1* aktif tanpa IORQ* atau RD*, Z-80 PIO ada dalam keadaan reset.

e.    IORQ* adalah sinyal Input Output Request aktif rendah bekerja pada saat CPU mentransfer perintah atau data ke Z-80 CPU.

f.     READ* adalah sinyal aktif rendah yang menunjukkan CPU membaca data dari I/O.

3.  Kelompok Interrupt

a.    INT* adalah sinyal Interrupt aktif rendah yang digunakan oleh PIO untuk memintan layanan Interupsi.

b.    IEI adalah sinyal Interrupt Enable Input aktif tinggi yang menunjukkan PIO siap menerima layanan Interupsi.

c.    IEO adalah sinyal Interrupt Enable Output aktif tinggi yang menunjukkan PIO telah melayani Interupsi.

4.  Kelompok Status Kontrol Port

a.        ASTB* adalah sinyal Strobe Port A, aktif rendah yang operasinya tergantung pada mode operasi yang dipilih.

·         Mode 0: menunjukkan keadaan peralatan I/O telah menerima data yang dikirim oleh PIO.

·         Mode 1: menunjukkan keadaan data telah dikirim ke register Port A oleh peralatan I/O.

·         Mode 2: menunjukkan keadaan data dari register Port A telah diletakkan pada bus data dan kemudian data telah diterima oleh peralatan I/O.

·         Mode 3: pulsa ini secara internal ditahan oleh PIO (tidak dimanfaatkan).

b.        A RDY adalah sinyal ready aktif tinggi untuk Port A bekerja tergantung mode operasi sebagai berikut:

·           Mode 0: menunjukkan register Port A berisi data byte dan

·           Telah disiapkan pada saluran bus data untuk ditransfer ke peralatan I/O.

·           Mode 1: menunjukkan keadaan register data Port A kosong dan siap menerima data word berikutnya.

·           Mode 2: menunjukkan keadaan register data Port A telah siap untuk diambil oleh peralatan I/O. Data akan dikeluarkan jika ada sinyal STB*.

·           Mode 3: tidak dimanfaatkan

c.        B STB* adalah sinyal masukan strobe untuk Port B aktif rendah dimana operasinya sama dengan sinyal A STB*. Modul Sistem Mikroprosesor–Putu Sudira-halaman 32

d.        B RDY adalah sinyal keluaran ready aktif tinggi untuk Port B dengan operasi kerja sama dengan A RDY 0.

Masing-masing Port dilengkapi dengan dua register, yaitu register data dan register perintah. Selengkapnya register pada Z-80 PIO terdapat empat buah register yaitu:

·               Register Data A

·               Register Data B

·               Register Perintah A

·               Register Perintah B

Register data digunakan untuk memegang data dan register perintah digunakan untuk mengatur mode kerja dan perilaku masing-masing port. Pemilihan register-register pada Z-80 CPU dikerjakan melalui pena port B/A dan pena Control/Data seperti Tabel 5. berikut:

Tabel 5. Data Pemilihan Register pada Z-80 PIO

Lihat Materi

Flow Cart (Diagram Air)

Flow Cart (Diagram Air) pada Sistim Mikroprosesor

Program adalah susunan atau urutan perintah-perintah sederhana yang diberikan kepada komputer untuk memecahkan beberapa permasalahan. Jika sebuah program telah ditulis dan dilakukan Debugging, komputer akan dapat mengeksekusi program tersebut dengan sangat cepat dan dengan cara yang sama setiap saat tanpa kesalahan.

Kebanyakan Mikroprosesor memiliki kesamaan dalam perintah atau instruksi. IntsruksiTransfer data dapat menggunakan perintah LOAD atau MOVE, Instruksi Matematika sederhana menggunakan perintah ADD, SUBTRACT, MULTIPLY, DEVIDE.

         Langkah-Langkah Pengembangan Program

Menurut Douglas ada empat langkah yang harus dilakukan dalam mengembangkan program komputer yaitu:

1. Pendefinisian permasalahan,

2. Representasi kerja program,

3. Penemuan instruksi-instruksi yang benar, dan

4. Penulisan program.

Pendefinisian  Permasalahan

Langkah pertama yang harus dilakukan dalam menulis program adalah memikirkan secara cermat permasalahan yang ingin diselesaikan menggunakan program komputer. Dengan kata lain, apa yang ingin dikerjakan oleh sebuah program. Jika anda telah berpikir tentang permasalahan, ini merupakan ide yang yang sangat baik dalam menulis apa yang dinginkan dalam membuat program. Sebagai contoh ilustrasi masalah menyeberang di jalan yang sangat ramai.

Representasi Kerja Program

Sekuen atau formula kerja yang digunakan untuk memecahkan masalah pemrograman disebut Algoritma program. Programmer harus menggunakan daftar urutan pekerjaan. Dalam kasus permasalahan menyeberang jalan step.

perintah-perintah sederhana dapat dinyatakan sebagai berikut:

Step 1 : Berjalanlah ke sudut jalan dan berhenti

Step 2 : Lihat dan cermati lampu pengatur lalu lintas

Step 3 : Apakah pada arah anda lampu menyala hijau?

Step 4 : Jika lampu pada arah anda menyala merah, kembali ke Step 2 (Untuk keadaan lain teruskan ke Step 5)

Step 5 : Lihat ke arah kiri

Step 6 : Apakah masih ada kendaraan yang lewat?

Step 7 : Jika ia, kembali ke Step 5

Step 8 : Lihat ke arah kanan

Step 9 : Apakah masih ada kendaraan yang lewat?

Step 10 : Jika ia, kembali ke Step 8

Step 11 : Menyeberanglah dengan hati-hati

Kesebelas langkah ini adalah bahasa bayi atau bahasa aras rendah, yang pada kenyataannya dilakukan pada setiap menyeberang jalan yang sibuk dan ada lampu mengatur lalu lintas. Kesebelas sekuen perintah ini disebut juga dengan  Algoritma Program.

Flow Chart

Flow Chart atau diagram alir adalah cara yang sangat sederhana untuk menunjukkan aliran proses sebuah program. Untuk menyajikan jenis

operasi sebuah program digunakan bentuk-bentuk grafis. Ada delapan jenis bentuk grafis yang digunakan untuk menyusun flow chart ditunjukkan oleh Gambar 1 berikut ini:

Gambar  Bentuk Grafis untuk Menyusun Flow Chart

Dari sebelas step algoritma program di atas dapat disusun flow chart kasus menyeberang jalan sangat ramai seperti Gambar  berikut:

Gambar Flow Chart untuk Kasus Menyeberang Jalan Ramai

Diatas tersebut Flow Cart bukan program.

Lihat Materi

Operasi Dasar Mikroprosesor

Operasi Dasar Mikroprosesor

Komponen utama sebuah sistem Mikroprosesor tersusun dari lima unit pokok: unit mikroprosesor atau Microprocessor Unit ( MPU) atau CPU, unit memori baca atau Read Only Memory (ROM), unit memori baca tulis atau Read Write Memory (RWM), unit masukan keluaran terprogram atau Programmable Input Output(PIO) dan unit detak/Clock.

Gambar  Blok Diagram Sistem Mikroprosesor

MPU adalah sebuah CPU yang tersusun dari tiga bagian pokok yaitu:

·         Control Unit (CU)

·         Arithmetic Logic Unit (ALU)

·         Register Unit (RU)

Sebagai CPU, MPU bekerja dan melakukan fungsi dasar yaitu fungsi Logika dan Aritmetika. Fungsi Logika antara lain fungsi AND, OR, XOR, CPL, dan NEG. Sedangkan fungsi Aritmetika antara lain: ADD, SUB, ADC, SBC, INC, dan DEC.

Disamping fungsi pengolahan Aritmetika dan Logika MPU juga melakukan fungsi pengalihan data dengan menggunakan perintah MOV, atau LOAD, EXCHANGE, PUSH, dan POP. Untuk menyimpan program dan data yang digunakan pada sistem Mikroprosesor harus dilengkapi dengan Memori.

Jadi memori mutlak diperlukan dalam Sistim Mikroprosesor. Tanpa ada memori Sistim Mikroprosesor tidak dapat bekerja terutama memori program dalam ROM.

I/O unit dipersiapkan untuk menghubungkan MPU dengan alat-alat input-output luar sepertiKeyboard, Monitor, Printer, Mouse, dan sebagainya.

Sistim Bus

Mikroprosesor berkomunikasi dengan unit memori, unit I/O menggunakan saluran yang disebut dengan BUSS. Setiap Mikroprosesor dilengkapi dengan tiga bus sebagai berikut:

Tabel Sistem Bus

Nama Buss	Sifat	Arah Data dari CPU	Jumlah Saluran
Bus Data	Dua arah	Masuk dan Keluar	8 bit
Bus Alamat	Satu arah	Keluar	16 bit
Bus Kendali	Satu arah	Masuk dan Keluar	10–12 bit

Alih data diantara MPU dengan komponen luar berlangsung pada Bus Data. Mikroprosesorstandar memiliki saluran bus data 8 bit dua arah artinya alih data atau informasi berlangsung pada 8 saluran paralel dari MPU ke unit lain diluar MPU atau dari unit lain di luar ke MPU.

Untuk menetapkan kemana data itu dikirim atau dari mana data itu diambil di gunakan bus alamat. Bus alamat bertugas menetapkan dan memilih satu lokasi memori atau satu lokasi I/O yang hendak di akses.

Bus Kendali adalah seperangkat bit pengendali yang berfungsi mengatur: (1) Penyerempakan memori, (2) Penyerempakan I/O, (3) Penjadualan MPU, Interupsi, DMA , (4) Pembentuk Clock, dan Reset.

Gambar Blok Diagram Sistem Bus

Perkembangan Mikroprosesor

Mikroprosesor sebagai komponen utama dalam Sistim Mikroprosesor dapat dikelompokkan menurut: (a) Teknologi yang digunakan; (b) Jumlah Bit Data; (c) Kemampuan atauKarakteristik Mikroprosesor.

Tabel 2 menunjukkan pengelompokan perkembangan Mikroprosesor.

Tabel Pengelompokan Mikroprosesor

Disamping teknologi PMOS (Metal-Oxide Semiconductor kanal P) dan teknologi NMOS (Metal-Oxide Semiconductor kanal N) yang paling banyak digunakan sebagai teknologi pembuatan mikroprosesor masih ada teknologi lain yaitu:

·         Teknologi CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor )

·         Teknologi CMOS-SOS (teknologi CMOS menggunakan subtrat Sphir- Silicon–On–Sapphire)

·         Teknologi Bipolar jenis ECL (Emitter–Coupled–Logic)

·         Teknologi Bipolar jenis Schottky

·         Teknologi Bipolar jenis I2L (Integrated–Injection–Logic)

·         Mengingat makin banyaknya macam dan jenis Mikroprosesor yang ada sampai saat ini, maka sebagai pemakai kita perlu menentukan macam komponen yang paling sesuai dengan keperluan kita. Dalam memilih komponen Mikroprosesor beberapa hal pertimbangan perlu dikaji misalnya:

·         Pertimbangan Sistim meliputi karakteristik sistim, jumlah Supplier, harga, dan ketersediaan.

·         Pertimbangan Hardware meliputi jumlah bit data, macam, kemampuan dan waktu instruksi dan macam bahasa.

Clock

Merupakan bagian dari Sistim Mikroprosesor yang mengatur denyut kerja MPU. SehinggaFrekuensi Clock berkaitan dengan kecepatan kerja komputer. Beberapa jenis MPU ada yang menggunakan detak sistim tunggal dan ada juga sistim ganda (dual fase). Detak dapat dibangkitkan menggunakan sistim diskrit atau IC khusus. Intel memperkenalkan IC 8224 untuk penggerak detak.

Pengendalian Sistem Mikroprosesor

MPU dalam suatu sistem mikroprosesor dalam fungsinya sebagai pengendali sistem bekerja sebagai:

·         Pengendali sistim

·         Pengendali bus/saluran

·         Dikendalikan oleh alat luar.

Pada Tabel berikut digambarkan Ekivalensi sinyal-sinyal kendali beberapa jenisMikroprosesor.

Tabel Sinyal Kendali Mikroprosesor

Penyerempakan memori dan penyerempakan I/O pada pokoknya analogis. Digunakan prosedur jabat tangan. Dalam operasi “baca” suatu status sinyal “siap” (Ready) akan menunjukkan tersedianya data. Kemudian data dialihkan ke bus data. Pada beberapa alat I/O dibangkitkan suatu sinyal “pengakuan” (ackowledge) untuk memberitahukan penerimaan data. Pembangkitan sinyal pengakuan ini menggunakan sistim tak serempak (Asinkron). Pada sistem sinkron tidak diperlukan adanya pembangkitan sinyal pengakuan.

 Ciri dari sistem sinkron adalah:

·         Kecepatan yang lebih tinggi

·         Jumlah saluran bus pengendali lebih sedikit

·         Pembatasan kecepatan pada alat-alat I/O.

Pada sistem asinkron tercirikan adanya:

·         Jumlah saluran bus pengendali lebih banyak

·         Memungkinkan penggunaan piranti berkecepatan berbeda dalam satu sistem yang sama.

Lihat Materi

Arsitektur Mikroprosesor

Arsitektur Mikroprosesor

Gambaran atau Features dari sebuah Mikroprosesor dapat dipelajari dengan baik melalui pemahaman dan pengkajian Internal Hardware Design, yang disebut juga dengan istilah Architecture. Internal Hardware design berkaitan dengan masalah-masalah Jenis, Jumlah, dan Ukuran Register serta komponen lainnya.

Sedangkan untuk dapat menginstalasikan sebuah mikroprosesor dengan komponen lainnya seperti RAM, ROM, dan I/O sebagai komponen utama dan rangkaianClock, Reset, Buffer, dan lain-lain sebagai komponen pendukung diperlukan pemahaman sistem bus yang dimiliki oleh setiap Mikroprosesor.

Ada tiga jenis arsitektur Mikroprosesor:

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 operasiInput 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:

· Instruksi yang digunakan hanya dua kode operasi yaitu IN dan OUT

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

·  Perlu ada tambahan instruksi pada program pengalihan data/informasi pada akumulator

Keuntungan metode I/O terisolasi:

·  Komputer dapat mengalihkan informasi/data ke atau dari CPU tanpa menggunakan memori. Alamat atau lokasi memori untuk rangkaian memori bukan untuk operasi I/O

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

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

Kerugian metode I/O terisolasi:

Lebih banyak menggunakan penyemat pengendalian pada Mikroprosesornya.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 dalam pengalamatan yang bersama dengan sel-sel memori. I/O yang terpetakan dalam memori menunjukkan penggunaan instruksi tipe memori untuk mengakses alat-alat I/O.

I/O yang dipetakan dalam memori memungkinkan CPU menggunakan instruksi yang sama untuk alih memori seperti yang digunakan untuk alih I/O. Sebuah pintu I/O diperlakukan seperti sebuah lokasi memori. Keuntungan sistim ini adalah instruksi yang dipakai untuk pembacaan dan penulisan memori dapat 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 lama dari 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 atau diisolasi.

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.

Feature Kasus pada Zilog Z-80 CPU

Gambar 4. Susunan dan Konfigurasi Pin Z-80 CPU

Keterangan Gambar 4 adalah sebagai berikut:

·         Mikroprosesor 8 bit dengan arsitektur I/O Terisolasi

·         16 bit Address Bus dengan kemampuan: pengalamatan memori 64 Kbyte, Pengalamatan I/O 256 byte

·         148 instruksi

·         8 buah Register 8 bit sebagai Regiter utama, buah register 8 bit sebagaiRegister alternatif, 4 buah Register 16 bit, 2 buah Register 8 bit fungsi khusus.

·         Frekuensi Clock 2,5 MHz - 4 Mhz

·         Komsumsi Daya: Aktif 150 mA

·         Kemasan PDIP

Kendali CPU menjalankan fungsi-fungsi sebagai berikut:

·         M1* (Machin Cycle One: satu siklus mesin) merupakan pin keluaran aktif rendah jika CPU sedang mengambil sandi operasi instruksi dari memori. Pada saat ini bus alamat berisi alamat memori seperti data yang ada pada RegisterPC, dan data bus mengarah masuk.

·         MREQ* (Memori Request: pesan memori) merupakan pin Keluaran aktif rendah pada waktu saluran alamat berisi alamat memori

·         IORQ* (Input Output Request: pesan Input Output) Keluaran aktif rendah pada waktu saluran alamat A0 s/d A7 berisi alamat I/O

·         RD* (Read: Baca) Keluaran aktif rendah pada waktu CPU melakukan operasi baca/memasukkan data

·         WR* (Write: Tulis) Keluaran aktif rendah pada waktu CPU melakukan operasi tulis/mengeluarkan data

·         RFSH* (Refresh: Penyegaran) Keluaran aktif rendah jika CPU mengeluarkan alamat memori untuk menyegarkan memori mekanik

·         HALT* Keluaran aktif rendah pada saat CPU melaksanakan instruksiHalt/berhenti

·         WAIT* Masukan dibuat aktif rendah oleh alat luar yang menyela kerja CPU

·         INT* (Interrupt: interupsi) Masukan aktif rendah jika ada luar yang meminta layanan interupsi

·         NMI* (Non Mascable Interrupt: interupsi yang tidak bisa dihalang) Masukan aktif rendah jika ada selaan yang yang tak dapat dihalangi

·         RESET* Masukan dibuat aktif rendah oleh alat luar untuk membuat CPU ada dalam keadaan awal

·         BUSRQ* (Buss Request: pesan bus) Sinyal masukan yang dibuat aktif rendah jika ada alat luar yang meminjam bus sistem

·         BUSAK* (Bus Akcnowledge) Keluaran aktif rendah yang menandakana CPU mengijinkan peminjaman bus sistem.

Z-80 CPU dalam menggendalikan sistem menggunakan enam pin kendali dan empat diantaranya digunakan untuk berkomunikasi dengan Memori dan I/O. Cara berkomunikasinya menggunakan status bit seperti tabel berikut:

Tabel  Operasi Komunikasi Memori

Lihat Materi