PERTEMUAN 1 PENGENALAN MIKROPROSESOR Mikroprosesor pertama, Intel 4004, merupakan mikroprosesor 4 bit, yaitu 1. Controller yang dapat diprogram pada satu serpih. 2. Mikroprosesor ini hanya mengalamati 4096 lokasi memori 4 bit. 3. Set instruksinya hanya terdiri dari 45 instruksi 4. Dibuat dengan teknologi P-Channel MOSFET 5. Hanya dapat mengeksekusi instruksi pada kecepatan rendah, yaitu 50 KIPs Pada tahun 1971, menyadari bahwa mikroprosesor merupakan produk berkembang yang memiliki nilai sangat komersial, Intel Corporation mengeluarkan 8008, versi 8 bit, dengan kelebihan sbb : 1. Mengalamati ukuran memori extenden (16 Kbyte) 2. Set instruksinya terdiri dari 48 instruksi Pada tahun 1973, Intel mengeluarkan 8080, mikroprosesor modern 8 bit yang pertama. Enam bulan setelah Intel mengeluarkan 8080, Motorola Corporation memperkenalkan mikroprosesor MC6800. Tidak lama kemudian perusahaan-perusahaan lain mulai memperkenalkan mikroprosesor 8 bit versi mereka. Tabel berikut memuat daftar beberapa mikroprosesor 8 bit pertama dan pabrik pembuanya. Tabel I.1. Mikroprosesor 8 bit pertama Pabrik Nomor modul Fairchild F-8 Intel 8080 MOS Technologi 6502 Motorola MC6800 National Semikonduktor IMP-8 Rockwell International PPS-8 Zilog Z-8 Keistimewaan 8080 dibandingkan dengan 8008 adalah : 1. mempunyai lebih banyak alamat memori 2. mengeksekusi 10 kali lebih cepat 3. kompatibel dengan TTL, sehingga membuat antarmuka menjadi lebih mudah dan murah Mikroprosesor 8085 Pada tahun 1977, Intel Corporation memperkenalkan versi terbaru 8080, yaitu 8085. 8085 adalah mikroprosesor 8 bit terakhir yang dikembangkan Intel. Walaupun 8085 hanya mempunyai sedikit keunggulan dibandingkan dengan 8080, namun 8085 mempunyai beberapa kelebihan, yaitu : 1. 8085 dapat mengeksekusi instruksi lebih cepat 2. set instruksinya terdiri dari 246 instruksi 3. internal clock generator 4. system controller internal 5. frekuensi clock lebih tinggi 1
Mikroprosesor Modern Pada tahun 1978, Intel mengeluarkan mikroprosesor 8085, dan tahun berikutnya 8088. Keistimewaan dari 8086/8088 dari versi sebelumnya adalah 1. Keduanya adalah mikroprosesor 16 bit yang dapat mengeksekusi instruksi dalam waktu 400 ns (2,5 MIPs). Hal ini menggambarkan adanya perbaikan yang besar dari kecepatan eksekusi 8085 2. 8086 dan 8088 mengalokasikan memori sebesar 1 Mbyte, 16 kali lebih banyak dari 8085. 3. Penambahan jumlah memori pada 8086 dan 8088 mendorong munculnya banyak aplikasi kompleks untuk mikrprosessor. Pengembangan kumpulan instruksi mencakup pembagian dan perkalian yang tidak terdapat pda mikroprosesor sebelumnya. Jumlah instruksi yang semakin banyak dan kompleks, membuat mikroprosesor ini masuk kedalam rancangan CISC (Compleks Instruction Set Computer). Mikroprosesor 16 bit berkembang terutama akibat kebutuhan akan sistem memori yang lebih besar. Ketenaran keluarga Intel melambung pada tahun 1981, ketika IBM memutuskan untuk menggunakan mikroprosesor 8088 dalam komputer pribadinya. Aplikasi-aplikasi seperti spreadsheet, word processor, spelling checker, dan kamus berbasis komputer sangat membutuhkan banyak memori. Dalam waktu singkat, memori 1 Mbyte menjadi kurang memadai untuk database yang besar dan aplikasinya. Dengan demikian pada tahun 1983 Intel mengeluarkan 80286 yang merupakan versi dari 8086. Karakteristik 80286 adalah : 1. merupakan arsitektur mikroprosesor 16 bit 2. mengalamatkan memori 16 Mbyte. 3. Adanya penambahan instruksi untuk mengatur tambahan memori 15 Mbyte. 4. Clock speed meningkat, eksekusi beberapa instruksi menjadi 250 ns (4 MIPs). Mikroprosesor 32 bit Aplikasi mulai memerlukan kecepatan mikroprosesor yang lebih cepat, memori yang lebih besar, dan jalur data yang lebih lebar. Ini menyebabkan Intel memproduksi 80386 pada tahun 1986. 80386 merupakan penyempurnaan dari 80286. Karakteristik 80386 : 1. merupakan mikroprosesor 32 bit Intel pertama 2. mempunyai data bus 32 bit dan alamat memori 32 bit 3. mengalamatkan memori 4 Gbyte 80386 juga tersedia dalam versi yang dimodifikasi, misalnya : 1. 80386SX, yang mengalamatkan 16 Mbyte memori melalui bus data 16 bit dan bus alamat 24 bit 2. 80386SL/80386SLC, yang mengalamatkan 32 Mbyte melalui bus data 16 bit dan bus alamat 25 bit. 80386SLC memiliki cache memori internal yang memungkinkan pemrosesan data lebih cepat. Tahun 1995, Intel mengeluarkan 80386EX disebut juga Embedded PC karena mengandung semua komponen pada PC kelas AT pada satu rangkaian terpadu. 80386EX juga terdiri dari 24 saluran data untuk I/O, bus alamat 26 bit dan bus data 16 bit, refresh controller DRAM dan logika pemilihan chip dapat diprogram. Mikroprosesor 80486 Pada tahun 1989 Intel mengeluarkan 80486 yang merupakan gabungan dari 80386 sebagai prosesor dan 80387 sebagai numeric coprocessor serta 8 Kbyte cache memory system dalam satu paket terpadu. Walaupun mikroprosesor 80486 tidak banyak bebeda dengan 80386, ada juga perbedaan substansialnya, yaitu struktur internalnya dibuat sehingga separuh instruksinya dieksekusi dalam satu clock. Karena 80486 tersedia dalam versi 50 MHz, maka kira-kira setengah dari instruksinya dieksekusi pada 25 ns (50 MIPs) Versi lain dari 80486 adalah : 1.80486DX2, 66 MHz double clocked 2.80486DX3, 100 Mhz triple clocked, memiliki expanded cache 16 KByte 2
Tabel I.2. Daftar mikroprosesor keluaran Intel Modul Lebar data bus Ukuran Memori 8048 8 2K internal 8051 8 8K internal 8085A 8 64K 8086 16 1M 8088 8 1M 8096 16 8K internal 80186 16 1M 80188 8 1M 80251 8 16K internal 80286 16 16M 80386EX 16 64M 80386DX 32 4G 80386SL 16 32M 80386SLC 16 32M + 1K cache 80386SX 16 16M Tabel I.2. Daftar mikroprosesor keluaran Intel (lanjutan) Modul Lebar data bus Ukuran Memori 80486DX/DX2 32 4G + 8K cache 80486SX 32 4G + 8K cache 80486DX4 32 4G + 16K cache Pentium 64 4G + 16K cache Pentium overdrive 32 4G + 16K cache (P24T)(mengganti 80486) Pentiutium Pro 64 64G + 16K L1 cahe + 256K L2 cache Pentium II 64 64G + 32K L1 cahe + 512K L2 cache Pentium II Pro 64 64G + 32K L1 cahe + 512K atau 1M L2 cache Tabel I.3. Daftar mikroprosesor keluaran Motorola Modul Lebar data bus Ukuran Memori 6800 8 64K 6805 8 2K 6809 8 64K 68000 16 16M 68008Q 8 1M 68008D 8 4M 68010 16 16M 68020 32 4G 68030 32 4G + 256 cache 68040 32 4G + 8K cache 68050 32 hanya diusulkan 68060 64 4G + 16K cache ower PC 64 4G + 32K cache Mikroprosesor Pentium Mikroprosesor Pentium yang diluncurkan pada tahun 1993 mirip dengan mikroprosesor 80386 dan 80486. Mikroprosesor ini sebelumnya diberi label P5 atau 80586, tetap intel memutuskan untuk tidak menggunakan label ini karena sulit untuk memetakan angka yang terlalu banyak. Karakteristik Pentium : 1. Pentium mengeksekusi dua instruksi yang tidak saling tergantung, secara simultan karena terdiri dari dua prosesor integer internal bebas, yang disebut teknologi superskalar. 2. Menggunakan coprosesor floating ponit internal untuk menangani data floating point. Mikroprosesor Pentium Pro Pada awalnya Pentium pro diberi nama P6. Pentium mengandung 21 juta transistor, tiga modul integer, juga unit floating point untuk meningkatkan kinerja banyak software. Satu perubahan mendasar pada Pentium Pro adalah bahwa Pentium Pro menggunakan tiga mesin eksekusi sehingga dapat mengakses tiga instruksi dalam waktu yang bersamaan. Mikroprosesor Pentium II dan Pentium II Xeon Mikroprosesor Pentium II dirilis pada tahun 1997 mewakili era baru dari Intel. Sebagai pengganti rangkaian terpadu yang digunakan pada versi awal mikroprosesor, Intel menempatkan pentium II pada papan rangkaian yang kecil. Alasan utama perubahan ini adalah bahwa cache L2 yang terdapat pada papan rangkaian utama Pentium tidak cukup untuk menyesuaikan diri dengan mikroprosesor yang baru. Mikroprosesor pada modul Pentium II sebenarnya merupakan mikroprosesor Pentium Pro dengan ekstensi MMX yang tidak mempunyai cache L2 internal. Pada pertengahan tahun 1998, Intel mempublikasikan versi terbaru dari Pentium II yang disebut Xeon, yang secara khusus dirancang untuk aplikasi-aplikasi workstation dan server berkecepatan tinggi. 3
SISTEM KOMPUTER PRIBADI BERBASIS MIKROPROSESOR Gambar I.1. Diagram blok sistem komputer berbasiskan mikroprosesor. Sruktur memori dari semua sistem komputer pribadi berbasi s mikroprosesor Intel 80X86 sampai Pentium II adalah sama. Sistem memori dibagi atas tiga bagian utama, yaitu : 1. Transien Program Area 2. System area 3. Extended memory System (XMS) Gambar I.2. Peta memori sebuah PC 1. TPA TPA berisi sistem operasi DOS dan program lainnya yang mengontrol sistem komputer. Panjang TPA adalah 640Kbyte Gambar I.3. menunjukkan organisasi TPA sebuah sistem komputer. Peta memori melukiskan bagaimana sebagian besar area TPA digunakan untuk sistem program, data dan driver. Juga menunjukkan besar area memori yang tersedia untuk program aplikasi. Vektor inerrupt mengakses berbagai fitur DOS, BIOS, dan aplikasi. Area system BIOS dan komunikasi DOS berisi data transien yang digunakan oleh program untuk mengakses peralatan I/O dan berbagai fitur yang terdapat dalam komputer. 9FFFF 9FFF0 08E30 08490 02530 01160 00700 00500 00400 00000 Program MSDOS COMMAND.COM Device Driver Program MSDOS Program IO.SYS Area komunikasi DOS Area komunikasi BIOS Vektor Interrupt Gambar I.3. Peta memori TPA 2. Area System. Area system berisi program dari ROM atau memori flash serta area memori baca/tulis RAM untuk menyimpan data. FFFFF F0000 E0000 C8000 C0000 B0000 A0000 ROM sistem BIOS ROM bahasa Basic (hanya pada PC lama) Area bebas ROM kontroler hard disk, LAN ROM BIOS video ROM video (area teks) ROM video (area grafis) Gambar I.4. Area system dari sebuah PC biasa. 4
Mikroprosesor Jantung dari sistem komputer berbasiskan mikroprosesor adalah microprocessor integreted circuit. Mikroprosesor adalah elemen kontrol pada sistem komputer yang disebut dengan CPU. Mikroprosesor mengontrol memori dan I/O melalui beberapa koneksi yang disebut bus. Bus memilih I/O atau peralatan memori, mentrasfer data bolak-balik antara I/O, sistem memori dan mikroprosesor. Memori dan I./O dikontrol melalu instruksi yang disimpan di memori yang dijalankan opeh mikroprosesor. Tugas utama mikroprosesor adalah : 1. mentransfer data antara mikroprosesor, memori dan I/O 2. menjalankan operasi aritmatika dan logika 3. menentukan aliran program melalui keputusan sederhana. Tabel I.3. Operasi-operasi aritmatika dan logika Operasi Keterangan Penambahan Perkalian Pengurangan Pembagian AND Perkalian logika OR Penjumlahan logika NOT Inversi logika NEG Inversi aritmatika Shift Rotate Tabel I.4. Keputusan dalam mikroprosesor 8085-80486 dan Pentium/Pentium Pro BUS Bus adalah kumpulan kabel-kabel yang menghubungkan komponenkomponen pada sistem komputer. Bus-bus menghubunkan bagianbagian sistem komputer, mentransfer data, alamat dan mengendalikan iniformasi antara mikroprosesor dengan memorinya dan sistem I/O. Pada sistem komputer yang berbsiskan mikroprosesor, bus bertugas mentransfer informasi mengenai alamat, data, dan kontrol. Bus alamat membutuhkan lokasi memori dari memori atau lakasi peranti I/O. Jika I/O dialamatkan, maka bus alamat terdiri dari sebuah alamat /O 16 bit yang berlokasi antara 0000H sampai FFFFH. Alamat I/O 16 bit, atau nomor port, memilih salah satu dari 64 Kb peranti I/O yang berbeda. Jika memori dialamatkan, maka bus alamat terdiri dari alamat memori yang mempunyai lebar bervariasi sesuai dengan tipe mikroprosesornya. Tabel I.6. Ukuran Memori dan Bus dari Mikroporosesor keluarga Intel Mikroprosesor Lebar Lebar Ukuran Bus Data Bus Alamat Memori 8086 16 20 1 Mb 8088 8 20 1 Mb 80186 16 20 1 Mb 80188 8 20 1 Mb 801286 16 24 16 Mb 80386SX 16 24 16 Mb 80386DX 32 32 4 Gb 80386EX 16 26 64 Mb 80486 32 32 4 Gb Pentium 64 32 4 Gb Pentium Overdrive 32 32 4 Gb Pentium Pro 64 32 atau 36 4 Gb atau 64 Mb Pentium II 64 32 atau 36 4 Gb atau 64 Mb Bus kontrol berisi baris yang memilih memori atau I/O dan membuatnya melakukan operasi membaca atau menulis. Pada kebanyakan sistem komputer terdapat empat hubungan bus kontrol yang semuanya aktif rendah, yaitu 1. MRDC (memory read control) 2. MWTC (memory write control) 3. IORC (I/O read control) 4. IOWC (I/O write control) 5
THE END 6