Pengantar Sistem Digital

Transkripsi

1 Pengantar Eko Didik Widianto Sistem Komputer - Universitas eko didik widianto - siskom undip SK205 1 / 26

2 Bahasan Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer TTL Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip eko didik widianto - siskom undip SK205 2 / 26

3 Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer eko didik widianto - siskom undip SK205 3 / 26

4 Deskripsi Kuliah Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer TTL Kredit: 2 SKS Kuliah, 1 SKS Praktikum Metode pengajaran: tatap muka (2 x 50 menit), presentasi materi, tanya jawab Waktu: ±14 Minggu Dasar-dasar sistem digital: konsep, aljabar Boolean, analisis dan sintesis rangkaian logika, rangkaian logika optimal, teknologi implementasi dengan CMOS dan PLD, representasi bilangan dan operasi aritmetika, blok rangkaian kombinasional, rangkaian sekuensial: latch, flip-flop, register dan counter, serta desain rangkaian sekuensial sinkron/fsm: model Moore dan Mealy. Teknologi implementasi diarahkan menggunakan chip standar TTL dan CMOS. Kuliah TSK205 ini menjadi landasan untuk mata kuliah lanjut, seperti TSK305 (Teknik Mikroprosesor), TSK307 (Organisasi Komputer), TSK505 ( Lanjut) dan TSK507 (Sistem eko didik widianto - siskom undip SK205 4 / 26

5 Tata Tertib Kuliah Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer TTL Berlaku bagi Dosen dan Mahasiswa Dosen dan mahasiswa diharapkan hadir pada waktunya. Tidak ada sangsi keterlambatan. Kehadiran minimal 80% (12 / 14 pertemuan) untuk pemrosesan nilai Ketentuan eko didik widianto - siskom undip SK205 5 / 26

6 Sistem Evaluasi Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer TTL Evaluasi: No Evaluasi Bobot 1 Tugas Harian 20% 2 Kuis 20% 3 Ujian Tengah Semester 30% 4 Ujian Akhir Semester 30% Penilaian Akhir: AA 80 A AA < 80 B AA < 67 C AA < 55 D 1.0 AA < 41 E 0.0 (Tidak eko didik widianto - siskom undip SK205 6 / 26

7 Buku Acuan/Referensi Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer TTL 1. Peter J. Ashenden, Digital Design: An Embedded Systems Approach Using Verilog/VHDL, Morgan Kaufmann, Stephen Brown and Zvonko Vranesic, Fundamentals of Digital Logic with Verilog/VHDL, 2nd Edition, McGraw-Hill, Sumber lain: paper ilmiah, website eko didik widianto - siskom undip SK205 7 / 26

8 Tujuan Kuliah Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer TTL Materi kuliah berisi konsep, desain, implementasi dan aplikasi sistem digital Terdiri atas 7 bagian: 1. Pengenalan sistem digital dan metodologi desain 2. Rangkaian logika: konsep, aljabar Boolean, analisis, sintesis dan minimisasi rangkaian 3. Teknologi implementasi: CMOS dan tinjauan praktis, teknologi chip 4. Representasi bilangan dan rangkaian aritmetika: unsigned, signed, fixed-point, floating point, operasi aritmetika dan desain rangkaian 5. Blok rangkaian kombinasional 6. Rangkaian sekuensial: elemen dasar latch dan flip-flop, register, pencacah, SRAM 7. Desain rangkaian sekuensial sinkron: finite state machine/fsm, model Moore dan eko didik widianto - siskom undip SK205 8 / 26

9 Sasaran Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer TTL Hasil yang Diharapkan dari Perkuliahan Secara umum sasaran kuliah adalah mahasiswa mampu mengerti konsep merancang dan menganalisis mengimplementasikan mengaplikasikan menggunakan teknologi TTL/CMOS mengkomunikasikan solusi desain sistem digital dengan jelas, runut dan tepat baik tertulis maupun lisan Sasaran kuliah dijabarkan di tiap materi eko didik widianto - siskom undip SK205 9 / 26

10 Rencana Acara Perkuliahan (14 Pertemuan) Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer TTL Detail: 1. Pengenalan sistem digital 2. Konsep rangkaian logika 3. Aljabar Boolean dan sintesis ekspresi logika 4. Minimisasi rangkaian menggunakan peta Karnaugh (K-Map) dan strateginya 5. Rangkaian multilevel, metode Quine-McKluskey/tabular 6. CMOS dan tinjauan praktis (asumsi dan disiplin yang harus dipenuhi) 7. Teknologi programmable logic devices/pld 8. Bilangan unsigned, signed, operasi aritmetika 9. Desain rangkaian aritmetika 10. Blok rangkaian kombinasional 11. Elemen dasar rangkaian sekuensial: latch dan flip-flop 12. Register, counter dan SRAM 13. Desain rangkaian sekuensial sinkron: FSM, model Moore dan implementasi flip-flop 14. Model Mealy, minimisasi eko didik widianto - siskom undip SK / 26

11 Pendekatan Materi Kuliah Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer TTL Bagaimana kaitannya dengan mata kuliah lain? Aplikasi rancangan digital: 1. Menggunakan komponen chip standar TTL/CMOS 2. Menggunakan mikroprosesor/mikrokontroler 3. Menggunakan eko didik widianto - siskom undip SK / 26

12 Motivasi: Operasional Komputer Deskripsi Kuliah Tata Tertib Kuliah Sistem Evaluasi Buku Acuan/Referensi Tujuan dan Sasaran Rencana Perkuliahan Pendekatan Komputer TTL Homebrew Computer: hanya menggunakan TTL, tanpa mikroprosesor 1. Yunten Labs: 2. Andrew: Mark 1 FORTH Computer eko didik widianto - siskom undip SK / 26

13 Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip eko didik widianto - siskom undip SK / 26

14 Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital Sistem digital mengacu pada rangkaian elektronik yang menghadirkan informasi dalam bentuk diskrit informasi diwujudkan hanya menggunakan 2 level tegangan level tegangan mewakili nilai kebenaran (benar/salah) analisis dalam bentuk rangkaian logika menambah kehandalan dan akurasi Representasi diskrit sinyal audio eko didik widianto - siskom undip SK / 26

15 Perangkat Digital Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital Rangkaian logika digunakan untuk membangun komputer dan perangkat digital lainnya Revolusi digital dimulai awal tahun 1970-an: Rangkaian terintegrasi (IC, Integrated Circuit) Transistor lebih kecil Densitas chip lebih besar (LSI, Large Scale Integration: puluhan ribu transistor) Baca lebih lanjut: eko didik widianto - siskom undip SK / 26

16 Rangkaian Terintegrasi Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital Rangkaian terintegrasi difabrikasi di atas wafer silikon Wafer dipotong dan dikemas untuk membuat satu chip Chip tersusun atas puluhan hingga milyaran transistor Atmel SoC: Diopsis eko didik widianto - siskom undip SK / 26

17 Kompleksitas Rangkaian Digital Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital eko didik widianto - siskom undip SK / 26

18 Kompleksitas Rangkaian Digital Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital Lebih banyak transistor memberikan fungsional yang lebih besar, namun membuat proses desain lebih kompleks Intel memproduksi mikroprosesor 22nm di tahun 2011 (proses nano) Mikroprosesor mencapai 15 milyar transistor di tahun 2015 ( Teknik desain berbasis komputer (CAD, computer-aided design) eko didik widianto - siskom undip SK / 26

19 Metodologi Pengembangan Sistem Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital Desain didefinisikan sebagai proses sistematik untuk membangun rangkaian yang memenuhi kebutuhan yang ditentukan dan tetap memperhatikan batasan (constraint) dalam hal biaya, performansi, konsumsi daya, ukuran, berat dan sifat lainnya Bagaimana membangun sistem yang kompleks? dengan abstraksi Mengidentifikasi aspek yang penting untuk dikerjakan, dan menyembunyikan detail dari aspek lain Dengan membuat asumsi dan mengikuti disiplin agar asumsi valid Abstraksi digital hanya mengijinkan 2 level tegangan dalam rangkaian: transistor on (tersambung sempurna) atau transistor off (terputus) Asumsi: transistor tersambung atau terputus seketika Disiplin: meregulasi switching (on/off) agar terjadi dalam interval waktu yang telah didefinisikan (periode eko didik widianto - siskom undip SK / 26

20 Metodologi Pengembangan Sistem (2) Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital Metodologi pengembangan tipikal: pendekatan eko didik widianto - siskom undip SK / 26

21 Pendekatan Desain Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital Tradisional Mendasarkan pada model matematik Pendekatan analitis Menyediakan pendalaman dan pemahaman terhadap masalah desain Bisa dilakukan untuk problem yang kecil. Problem besar (real)? CAD Menggunakan perangkat bantu software CAD/EDA Software mengguankan model matematik dan pendekatan analitis Transparan terhadap pengguna, banyak detail diabstrakkan Diperlukan untuk menyelesaikan problem eko didik widianto - siskom undip SK / 26

22 Tradisional vs CAD Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital Sebagian besar pekerjaan rekayasa digital dilakukan dengan menggunakan CAD Namun, pemahaman dasar dengan pendekatan tradisional masih diperlukan Konseptual masih tradisional Penggunaan CAD yang efektif memerlukan pemahaman tentang kerja perangkat tersebut Penggunaan opsi desain memerlukan pendalaman eko didik widianto - siskom undip SK / 26

23 Chip Digital: Standar, PLD, Custom-designed Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital Chip standar Berisi sejumlah kecil rangkaian (<100 transistor) Melakukan fungsi logika sederhana Contoh: IC seri 7400 Programmable logic devices (PLD) Berisi kumpulan gerbang dengan interkoneksi terprogram Fungsi dikonfigurasi oleh desainer/pengguna Desain dilakukan dengan perangkat CAD: Xilinx, Altera Custom-designed (ASIC, Application Specific Integrated Circuit) Dioptimasi untuk keperlukan/tugas tertentu Performansi lebih baik Terdiri atas rangkaian logika dalam jumlah besar Biaya produksi tinggi: memerlukan produksi dalam jumlah besar untuk menekan eko didik widianto - siskom undip SK / 26

24 IC Seri 7400: Teknologi BJT vs CMOS Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital BJT (Bipolar Junction Transistor), disebut juga TTL (transistor-transistor logic) -> kecepatan lebih tinggi CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) -> daya lebih rendah BiCMOS (Bipolar-CMOS) Implementasi fungsi NAND dengan CMOS dan BJT Source: eko didik widianto - siskom undip SK / 26

25 Penutup Perangkat Digital Rangkaian Terintegrasi Kompleksitas Rangkaian Metodologi Desain Pendekatan Desain Tradisional vs CAD Tipe Chip Digital Rangkaian logika dalam sistem digital Revolusi digital berupa IC dengan kompleksitas mengikuti Moore Abstraksi dalam desain sistem digital yang kompleks Metodologi pengembangan sistem serta pendekatan desain tradisional dan CAD Tipe chip digital: standar, PLD dan eko didik widianto - siskom undip SK / 26

26 Tugas #1: Mengenal IC Seri 7400 Bertujuan agar mahasiswa mulai mengenal IC logika standar (seri 7400). IC logika standar mempunyai skema nomor IC yang menunjukkan fungsi logika yang diwakilinya (misalnya 7404 berisi 6 buah gerbang NOT/inverter), teknologi yang digunakan (misalnya 74LS04 teknologi BJT, 74HC04 CMOS) dan level tegangan. Referensi: Buat tabel yang berisi daftar IC seri 7400 mulai dari 7400 sampai 7499 Format kolom: Nomor IC Fungsi logika 2 contoh dan teknologinya Ketentuan: Ditulis tangan Waktu: 2 minggu (Tenggat untuk kelas R1 18 Mar 2011, R2 14 Mar 2011) Dikumpulkan sebelum kuliah dimulai, Nilai 0 untuk tugas yang eko didik widianto - siskom undip SK / 26