Dokumen tersebut membahas sejarah dan teknologi mikroprosesor, mulai dari pengenalan mikroprosesor pertama oleh Intel pada tahun 1971 hingga perkembangan teknologi mikroprosesor Intel selanjutnya."
1. Dasar Disain Rekayasa 1
Oleh:
Anwar Mujadin ST, MT.
SEJARAH DAN TEKNOLOGI
MIKROPROSESOR
2. SEJARAH DAN TEKNOLOGI MIKROPROSESOR
1.1. Sejarah Mikroprosesor
Mikroprosesor pertama kali diperkenalkan oleh Intel Corporation
pada tahun 1971 berupa sebuah chip Intel 4004. Chip 4004 berupa
LSI (Large Scale Integration) yang berisi rangkaian logika yang cukup
besar, karena chip LSI mampu menggantikanratusan rangkaian yang
digunakan dalam sistem
mikro komputer konvensional yang digunakan pada waktu itu. Pada
4004 memiliki 46 perintah (instruction) dan mampu memuat data
sebanyak 4 bit setiap saat. Selanjutnya mikroprosesor tersebut
dikembangkan menjadi 8 bit data dan jumlah instruksi diperbanyak
menjadi 48 instruksi dan nama barunya adalah 8008. Pada chip
8008 memiliki kecepatan proses yang lebih tinggi daripada 4004.
3. Chip 4004 dan 8008 digunakan secara luas dalam berbagai bidang dan
mampu memacu perkembangan industri dalam waktu yang sangat singkat
dan hanya dalam waktu 2 tahun berikutnya telah dikembangkan
mikroprosesor standar 8 bit tipe 8080 yang merupakan penyempurnaan dari
8008 sehingga lebih canggih dan
memiliki kecepatan yang lebih tinggi serta jumlah instruksi yang lebih
banyak. Dan satu tahun kemudian pabrik-pabrik komponen elektronik yang
lain terinspirasi dengan intel 8080 dengan mengeluarkan berbagai macam
mikroprosesor 8 bit dengan tipe yang sesuai dengan pabrik pembuatnya.
Misalnya Motorola dengan tipe 6800, Signetic dengan tipe 2650, Rokwell
dengan PPS- 8 dan sebagainya. Pada tahun 1972, 8008 dengan bus data 8
bit digunakan oleh Don Lancaster untuk membuat cikal-bakal personal
komputer.
4. Tahun 1974, 8080 menjadi otak personal pertama komputer, Altair,
diduga merupakan nama tujuan pesawat Starship Enterprise di film
TV Star Trek. 8080 hanya membutuhkan 2 perangkat tambahan
untuk bekerja. Selain itu 8080 terbuat dari transistor NMOS yang
bekerja lebih cepat. 8080 disebut sebagai mikroprosesor generasi
kedua. Segera sesudah itu Motorolla membuat MC6800 yang juga
merupakan CPU multiguna. MC6800 sangat populer karena
menggunakan catu daya +5V, dibanding 8080 dengan catu daya –5V,
+5V, -12V, dan +12V.
Pada tahun 1975 muncul mikroprosesor generasi ketiga yang
dikeluarkan oleh Zilog Inc, yaitu dengan tipe Z80 yang mampu
menutup kekurangan dari intel 8080 baik dari segi kecepatan,
jumlah instruksi dan kemudahan dalam operasionalnya, dan pada
saat itu pula pabrik-pabrik yang lain mulai berlomba-lomba untuk
saling mengungguli antara yang satu dengan yang lain.
5. Tahun 1978, IBM menciptakan personal komputer PC‐XT yang sangat popular
menggunakan mikroprosesor 8086 dan 8088. Keduanya mampu menangani data 16 bit.
Bedanya hanya pada ukuran bus data yang hanya 8 bit untuk 8088 (operasi internal 16
bit), dan 16 bit untuk 8086. Kemudian Intel membut 80186 dan 80188 yang juga berisi
perangkat peripheral terprogram. Tahun 1982, 80286 adalah prosesor pertama yang
dapat menjalankan perangkat lunak yang ditulis untuk pendahulunya. ada 15 juta PC‐AT
yang menngunakan 80286 sebagai CPU.
Tahun 1985, Intel membuat 80386 (386TM) yang mengandung 275 ribu transistor, dan
merupakan mikroprosesor 32 bit yang dapat melakukan multi tasking (menjalankan
beberapa program dalam waktu yang bersamaan). Tahun 1989, Intel 486TM adalah
prosesor pertama yang mempunyai math coprosesor secara built‐in di dalamnya.
Gambar 1.4 Mikroprosesor intel 80386
8. 1.3 Teknologi Mikroprosesor
Dalam pembuatan mikroprosesor dikenal bermacam-macam teknologi
yang diterapkan. Pada masing-masing teknologi memiliki karakteristik
tertentu yang dapat digunakan sesuai dengan kebutuhan. Yaitu
kecepatan proses, harga yang lebih ekonomis dan dalam hal
penggunaan daya yang sangat rendah.
Teknologi dalam pembuatan mikroprosesor yang dikenal saat ini
adalah:
o Teknologi PMOS (chanel P Metal Oxide Semiconductor)
o Teknologi NMOS (chanel N Metal Oxide Semiconductor)
o Teknologi CMOS (Complementary-NMOS)
o Teknologi bipolar jenis ECL
o Teknologi bipolar jenis Schottky
o Teknologi bipolar TTL
o Teknologi Galium Arsenide dan lain-lain.
14. Komputer Berdasarkan Jenis Data Yang Diolah
Komputer Analog : adalah komputer yang bekerja secara paralel (analog)
untuk mengolah data yang sifatnya kontinyu, datanya berupa besaran fisik
dan angka‐angka (kuantitatif) seperti temparatur, tekanan udara, kecepatan
angin, arus listrik gelombang suara, dll. Contoh: Amperemeter, Voltmeter,
Barometer, Termometer. Komputer analog dibuat menggunakan OPAMP.
Komputer Digital : adalah komputer yang bekerja berdasarkan operasi
hitung. Variabel dalam komputer ini dinyatakan dengan angka‐angka.
Penyelesaian masalah dilakukan dengan proses aritmatik dan logik
(kuantitatif). Contoh: Calculator, Apple IIe, IBM PC
• Komputer Hibrid : adalah komputer yang bekerja secara kualitatif dan
kuantitatif. Komputer ini merupakan gabungan antara komputer analog dan
komputer digital. Contoh dari komputer jenis ini adalah komputer yang
digunakan pada robot‐robot yang dipakai sebagai pekerja pada pabrik.
15. Apa Bedanya
Microprossesor dengan Microkontroller
Mikroprosesor bersifat general purpose (fungsi umum, fleksibel). Sehingga
berisikan sepaket chip yang hanya berfungsi sebagai pengolah data (terdiri dari
ALU, PC, SP, register, clock, interrupt, data/address bus) dari memory. Dan
dikarenakan tidak memiliki fitur terintegrasi sebagaimana mikrokontroler maka
untuk menjadikannya dapat beroperasi kita perlu menambahkan lagi ROM,
RAM, I/O, dan berbagai device/periferal lain (tergantung tujuan
penggunaannya).
Mikrokontroler bersifat specific purpose (fungsi khusus, terbatas).
berisikan paket chip lengkap yang terdiri dari fitur‐fitur pengolah data yang juga
terdapat dalam mikroprosesor, ditambah RAM, ROM, I/O, dan fitur terintegrasi
lain di dalamnya. Implementasinya dapat ditemui pada berbagai macam
perangkat rumah tangga, telekomunikasi, otomotif, mesin industri, elektronik,
dan perangkat‐perangkat lain yang memiliki ‘otak’ (embedded system) di
dalamnya
16. Microcomputer adalah personal computer (PC) sekala kecil
Apakah microcomputer bisa:
1. Dipasang operating system ?
2. Di upgrade Memori Exsternal (ROM/RAM) sesuka hati ?
3. Diperluas port Input / outputnya ?
4. Ditambahkan peripheral lainnya, seperti : Real Time Clock
Timer, Display, keyboard dan penyimpan media data
(EEPROM, Tape recorder) ?
Pertanyaan Umum untuk Microcomputer ?
Pertanyaan Umum untuk Micrococontroler ?
Dengan pertanyaan yang sama dengan microcomputer, apakah
Pertanyaan point 1-4 berlaku untuk micro controller?
21. Address bus Address Bus
terdiri dari 16 saluran
yang diberikan notasi dari
A0-A15 yang merupakan
saluran keluaran untuk
pengalamatan memori
dengan kasitas sebanyak
65535 bytes atau 64 kb.
1a. Pin Address Bus Z80 Mikroprosessor
A15 A0
(1111 1111 1111 1111)2= (65535) 10
25 . 210 = 64kb; 1kb= 210
22. 1b. Pin Data Bus Z80 Mikroprosessor
Data Bus Data bus
terdiri dari 8 saluran
yang diberikan notasi
D0-D7, berfungsi untuk
saluran lalu lintas data
maupun data-instruksi
dari mikroprosesor dan
sebaliknya
24. Terdapat 4 sistem bilangan
berdasarkan basis (radix) yaitu :
• Bilangan Desimal (10)
• Bilangan Biner(2)
• Bilangan Oktal(8)
• Bilangan Hexadesimal(16)
25. Bilangan Desimal : Susunan bilangan yang mempunyai
Basis/Radix 10, sebab sistem bilangan ini
menggunakan 10 nilai koefisien yang mungkin yaitu :
0,1,2,3,4,5,6,7,8, dan 9
Bentuk nilai suatu bilangan desimal dapat berupa integer
desimal (decimal integer) atau pecahan decimal
(decimal fraction)
Integer Desimal adalah nilai desimal yang bulat
Sistem Bilangan Desimal
26. contoh 357 artinya :
3 x 102
5 x 101
7 x 100
= 300
= 50
= 7
-------- +
357
Absolute value : nilai mutlak dari masing-masing digit.
absolute value
Position value
Position value : bobot dari masing-masing digit tergantung
dari letak/ posisinya.
Sistem Bilangan Desimal
27. Penjumlahan Sistem Bilangan Desimal
Contoh : 458 + 67 = …….(10)
11
458
67
----- +
525 8+7=15, 5 carry of (di bawa) 1
1+5+6=12, 2 carry of 1
1+4=5
28. Pengurangan Sistem Bilangan Desimal
Contoh : 524 - 78 = …….(10)
524
78
----- -
446 4-8=x, borrow of (pinjam) 1->10, 10+4-8=14-8=6
2 diambil 1 tinggal 1-7=x, 10+1-7=11-7=4
5-1=4
29. Sistem Bilangan Biner
Bilangan Biner : Susunan bilangan yang mempunyai Basis/Radix 2,
sebab sistem bilangan ini menggunakan dua nilai koefisien yang
mungkin yaitu : 0 dan 1
Bentuk nilai suatu bil.biner dapat berupa integer biner (binary
integer) atau pecahan biner (binary fraction)
Integer Biner adalah nilai biner yang bulat.
contoh 1001 artinya :
1302 01 10= (1x23)+(0x22)+(0x21)+(1x20)
= (1x8)+(0x4)+(0x2)+(1x1)
= 8+0+0+1
= 910
1 0 0 1
1 x 20 = 1
0 x 21 = 0
0 x 22 = 0
1 x 23 = 8
30. Nilai Posisi Biner
Integer :
Pecahan :
Posisi digit
(dari kanan)
Position value
1 20 = 1
2 21
= 2
3 22 = 4
4 23 = 8
5 24
= 16
Dst dst
Posisi digit
(dari kanan)
Position value
1 2-1 = 1/2
2 2-2 = 1/4
3 2-3 = 1/8
dst Dst
31. Pecahan Desimal adalah nilai desimal yang mengandung
nilai pecahan di belakang koma.
contoh 173,25 artinya :
1 x 102 = 100
7 x 101 = 70
3 x 100 = 3
0,2
0,05
2 x 10-1 =
5 x 10-2 =
----------- +
173,25(10)
32. Pecahan biner
contoh 0.111 artinya :
1 x 2-1 = 1/2 atau 0.5
1 x 2-2 = 1/4 atau 0.25
1 x 2-3 = 1/8 atau 0.125
----------- +
0.875(10)
35. Sistem Bilangan Oktal
• Bentuk nilai suatu bil.oktal dapat berupa integer octal
(octal integer) atau pecahan oktal (octal fraction)
• Integer Oktal adalah nilai oktal yang bulat.
55. 3. Konversi ke Biner
Dilakukan dengan cara merubah semua
bilangan heksa menjadi bilangan biner dengan
4 digit biner.
9 A F (16) = …. (2)
9 A F (16) = 1001.1010.1111(2)
56. Komplemen
Salah satu metoda yang dipergunakan dalam
pengurangan pada komputer yang ditransformasikan
menjadi penjumlahan adalah dengan menggunakan
minus-radiks-komplemen satu atau komplemen radiks.
Komplemen di dalam sistem desimal, secara
berurutan disebut dengan komplemen sembilan dan
komplemen sepuluh sedangkan komplemen di dalam
sistem biner disebut dengan komplemen satu dan
komplemen dua).
“Komplemen sembilan dari bilangan desimal
diperoleh dengan mengurangkan masing-masing digit
desimal tersebut ke bilangan 9, sedangkan komplemen
sepuluh adalah komplemen sembilan ditambah 1”
Contoh :
57. Analogi yang bisa diambil dari perhitungan
komplemen di atas adalah, komplemen satu dari
bilangan biner diperoleh dengan jalan mengurangkan
masing-masing digit biner tersebut ke bilangan 1, atau
dengan bahasa sederhananya mengubah masing-masing
0 menjadi 1 atau sebaliknya mengubah masing-masing 1
menjadi 0. Sedangkan komplemen dua adalah satu plus
satu. Contoh :
58. Alasan teoritis mengapa cara komplemen ini dilakukan,
dapat dijelaskan dengan memperhatikan sebuah
speedometer mobil/motor dengan empat digit sedang
membaca nol!
Jika sekarang kita tambahkan –1 pada pembacaan
tersebut; yakni jika speedometer kita putar kembali 1
mil, maka pembacaan akan berubah menjadi!
59. Lihat contoh
– Perhatikan hubungan diantara bilangan dan
komplemennya adalah simetris. Jadi, dengan
memperhatikan contoh di atas, komplemen 9 dari
123 adalah 876 dengan simple menjadikan
jumlahnya=9 (1+8=9, 2+7=9, 3+6=9)! Sementara
komplemen 10 didapat dengan menambahkan 1 pada
komplemen 9, berarti 876+1=877
Pengurangan desimal dapat dilaksanakan dengan
penjumlahan komplemen sembilan plus satu, atau
penjumlahan dari komplemen sepuluh!
60. Aritmatika Biner
• Operasi aritmatika untuk bilangan biner
dilakukan dengan cara hampir sama dengan
operasi aritmatika untuk bilangan desimal.
Penjumlahan, pengurangan, perkalian dan
pembagian dilakukan digit per digit.
• Kelebihan nilai suatu digit pada proses
penjumlahan dan perkalian akan menjadi
bawaan (carry) yang nantinya ditambahkan
pada digit sebelah kirinya.
63. Bit Bertanda
Bit 0 menyatakan bilangan positif
Bit 1 menyatakan bilangan negatif
A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
0 1 1 0 1 0 0 = + 52
B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0
1 1 1 0 1 0 0 = - 52
Bit Tanda
Bit Tanda
Magnitude
Magnitude
64. Metode untuk menyatakan bit bertanda digunakan
sistem komplement kedua (2’s complement form)
Komplemen ke 2
Komplemen ke 1
Biner 0 diubah menjadi 1
Biner 1 diubah menjadi 0
1 0 1 1 0 1 0
0 1 0 0 1 0 1
Misal
Biner Awal
Komplemen pertama
65. Membuat Komplemen ke 2
1. Ubah bit awal menjadi komplemen pertama
2. Tambahkan 1 pada bit terakhir (LSB)
1 0 1 1 0 1
0 1 0 0 1 0
1
0 1 0 0 1 1
Misal
Biner Awal = 45
Komplemen 1
Tambah 1 pada LSB
Komplemen 2
66. Menyatakan Bilangan Bertanda dengan Komplemen ke 2
1. Apabila bilangannya positif, magnitude dinyatakan
dengan biner aslinya dan bit tanda (0) diletakkan di
depan MSB.
2. Apabila bilangannya negatif, magnitude dinyatakan
dalam bentuk komplemen ke 2 dan bit tanda (1)
diletakkan di depan MSB
0 1 0 1 1 0 1 Biner = + 45
1 0 1 0 0 1 1 Biner = - 45
Bit Tanda
Bit Tanda
Biner asli
Komplemen ke 2
67. Negasi
Operasi mengubah sebuah bilangan negatif
menjadi bilangan positif ekuivalennya, atau
mengubah bilangan positif menadi bilangan
negatif ekuivalennya.
Hal tersebut dilakukan dengan meng-
komplemenkan ke 2 dari biner yang dikehendaki
Misal : negasi dari + 9 adalah – 9
+ 9 = 01001 Biner awal
- 9 = 10111 Negasi (Komplemen ke 2)
+ 9 = 01001 Di negasi lagi
68. Dua bilangan positif
Dilakukan secara langsung. Misal penjumlahan +9 dan +4
Penjumlahan di Sistem Komplemen ke 2
+9 0 1 0 0 1
+4 0 0 1 0 0
0 1 1 0 1
Bit tanda ikut dalam operasi penjumlahan
69. Bilangan positif dan sebuah bilangan negatif
yang lebih kecil
Misal penjumlahan +9 dan -4. Bilangan -4 diperoleh dari
komplemen ke dua dari +4
+9 0 1 0 0 1
-4 1 1 1 0 0
0 0 1 0 11
Carry diabaikan, hasilnya adalah 00101 ( = +5)
70. Bilangan positif dan sebuah bilangan negatif
yang lebih Besar
Misal penjumlahan -9 dan +4. Bilangan -9 diperoleh dari
komplemen ke dua dari +9
-9 1 0 1 1 1
+4 0 0 1 0 0
1 1 0 1 1
Bit tanda ikut dalam operasi penjumlahan
71. Dua Bilangan Negatif
Misal penjumlahan -9 dan -4. Bilangan -9 dan - 4 masing –
masing diperoleh dari komplemen ke dua dari +9 dan -4
-9 1 0 1 1 1
-4 1 1 1 0 0
1 0 0 1 1
Bit tanda ikut dalam operasi penjumlahan
1
Carry diabaikan
73. Operasi Pengurangan
Operasi pengurangan melibatkan komplemen ke 2 pada
dasarnya melibatkan operasi penjumlahan tidak
berbeda dengan contoh – contoh operasi
penjumlahan sebelumnya.
Prosedur pengurangan
1. Negasikan pengurang.
2. Tambahkan pada yang dikurangi
3. Hasil penjumlahan merupakan selisih antara
pengurang dan yang dikurangi
74. Misal : +9 dikurangi +4
+9 01001
+4 00100 -
Operasi tersebut akan memberikan hasil yang sama
dengan operasi
+9 01001
-4 11100 +
+9 0 1 0 0 1
-4 1 1 1 0 0
0 0 1 0 11
Carry diabaikan, hasilnya adalah 00101 ( = +5)
76. LATIHAN
• Konversikan bilangan ini dengan cara
cepat tanpa calculator:
a. (110010101)2=(… )8 =(… )16 =(….)10
b. (27654)8=(….)2 = (… )16 =(….)10
c. (12ACF)16=(….)2 = (… )8 =(….)10
d. (65025)10=(….)2 = (… )8 =(….)16
