Incompatibility. Pendahuluan perancangan H/W. Gerbang logika: AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, dan EQV

(1)

CS2624

CS2624 -- COMPUTER COMPUTER

ORGANIZATION & ARCHITECTURE ORGANIZATION & ARCHITECTURE ORGANIZATION & ARCHITECTURE ORGANIZATION & ARCHITECTURE

(COA) (COA)

TEKNIK

TEKNIK DIGITALDIGITAL

TEKNIK

TEKNIK DIGITALDIGITAL

bagian 1 bagian 1 bagian 1 bagian 1

(2)

Pokok Bahasan Pokok Bahasan P d h l H/W Pokok Bahasan Pokok Bahasan • Pendahuluan perancangan H/W • Karakteristik gerbang logika:Karakteristik gerbang logika:

– Logika Positif dan Logika Negatif – Kecepatan Switching

– Kecepatan Switching – Batas Derau

L t CMOS d NMOS

• Layout CMOS dan NMOS

• Gerbang logika: AND, OR, NOT, NAND, g g , , , , NOR, XOR, dan EQV

• Substitusi gerbang logika • Substitusi gerbang logika • Incompatibility

(3)

Pendahuluan Perancangan H/W

Pendahuluan Perancangan H/W (1)(1)

• Mengapa perancangan H/W perlu diperhatikan ?

diperhatikan ?

– Kompleksitas rancangan meningkat pesat Pentingnya produk memasuki pasar sedini – Pentingnya produk memasuki pasar sedini

mungkin (Time-to-market)

– Life-time produk makin singkat – Portabilitas: Battery operated Small sized Small-sized – Keandalan tinggi 20090323 #2

(4)

C t Aid d D i T l

• Computer-Aided Design Tools

– Desain manual ditinggalkangg

– Otomatisasi desain (synthesis tools)

– Penekanan pada representasiPenekanan pada representasi desain abstrakdesain abstrak

– Desain hardware menjadi seperti desain

software software

• High-density & High-speed Programmable Logic vs Rangkaian diskrit

Logic vs Rangkaian diskrit

– Memungkinkan rapid prototyping j k k j i i

– Unjuk kerja tinggi – Kehandalan tinggi

(5)

P ti M t d l i D i

• Pentingnya Metodologi Desain

– Top-Down approachp pp

– Memudahkan desain rangkaian – Memudahkan lokalisasiMemudahkan lokalisasi errorerror

• Representasi Rancangan • Representasi Rancangan – Behaviour – Structural – Abstraction 20090323 #4

(6)

P d h l P H/W

(7)

P d h l P H/W

(8)

P d h l P H/W

(9)

Tahapan Realisasi VLSI Tahapan Realisasi VLSI Tahapan Realisasi VLSI Tahapan Realisasi VLSI

Customer’s need VLSI = Very Large Scale Integration Determine requirements

Write specifications Write specifications

Design synthesis and Verification Test development Fabrication Manufacturing test Manufacturing test Chips to customer 20090323 #8 p

(10)

Present and Future* Present and Future* Present and Future* Present and Future*

1997 -2001 2003 - 2006 Feature size (micron) 0.25 - 0.15 0.13 - 0.10

1997 2001 2003 2006 Transistors/sq. cm 4 - 10M 18 - 39M Pin count 100 - 900 160 - 1475 Pin count 100 900 160 1475 Clock rate (MHz) 200 - 730 530 - 1100 P (W tt ) 1 2 61 2 96 Power (Watts) 1.2 - 61 2 - 96

(11)

Karakteristik Gerbang Logika Karakteristik Gerbang Logika Karakteristik Gerbang Logika Karakteristik Gerbang Logika

• Logika Positif dan Logika Negatif • Kecepatan Switching

• Kecepatan Switching

• Disipasi DayaDisipasi Daya

– Statik – Dinamik

• Power-Delay Product • Power Delay Product

• Batas Derau

• Fan-in dan Fan-out

(12)

Logika Positif & Logika Negatif Logika Positif & Logika Negatif Logika Positif & Logika Negatif Logika Positif & Logika Negatif

HV High Voltage HV = High Voltage LV = Low Voltage

NMH = Normal Margin Highg g NML = Normal Margin Low

(13)

Input Aktif Low & Aktif High Input Aktif Low & Aktif High Input Aktif Low & Aktif High Input Aktif Low & Aktif High

Skema D1-R1 = Aktif Low

LED D1 n ala ketika inp t Lo ata 0 olt - LED D1 nyala ketika input = Low atau 0 volt Skema D2-R2 = Aktif High

- LED D1 nyala ketika input = High atau 5 volt

(14)

Output

Output AktifAktif Low &Low & AktifAktif HighHigh

Output

Output AktifAktif Low & Low & AktifAktif HighHigh

Skema kiri = Aktif High

- Output = High atau 5 volt ketika saklar SW1 ditekan Skema kanan = Aktif Low

Skema kanan Aktif Low

(15)

Kecepatan

Switching

Kecepatan

Switching

Sinyal Input Sinyal O Output 20090323 #14

(16)

B t D

(N i )

Batas Derau

(Noise)

(17)

Berbagai Macam Bentuk Transistor Berbagai Macam Bentuk Transistor

(18)

Perbandingan Karakteristik Keluarga Logika Perbandingan Karakteristik Keluarga Logika Perbandingan Karakteristik Keluarga Logika Perbandingan Karakteristik Keluarga Logika

TTL = Transistor-Transistor Logic FET = Field Effect Transistor

ECL = Emitter Coupled Logic MOS = Metal Oxide Semiconductor NMOS N tif MOS PMOS P itif MOS

NMOS = Negatif MOS PMOS = Positif MOS CMOS = Complementary MOS

(19)

Layout Transistor NMOS Layout Transistor NMOS Layout Transistor NMOS Layout Transistor NMOS

3 kondisi NMOS: - Non conducting - Non conducting - Conducting D l ti - Depletion 20090323 #18 COA/Endro Ariyanto/

(20)

Simbol Transistor NMOS dan PMOS Simbol Transistor NMOS dan PMOS

Gerbang NMOS Gerbang NMOS

(21)

Layout Transistor CMOS Layout Transistor CMOS Layout Transistor CMOS Layout Transistor CMOS

2 transistor dalam satu paket:

20090323 #20

COA/Endro Ariyanto/

Diagram

rangkaian Input High _{Output Low}

Input Low Output High

(Not)

(2)(2)

Gerbang

Inverter

(Not)

(2)(2)

• Q2 (p-channel) biasanya ditulis dengan simbol lain (ada bulatan pada gate)

Output High:

(24)

Gerbang

Inverter

(Not)

(3)(3)

Gerbang

Inverter:

Input Aktif Low:

Tanda bulatan

Tanda bulatan sebagai indikator Active Low Tanda bulatan sebagai indikator Active Low

(27)

Gerbang

Inverter

(Not)

(6)(6)

Gerbang

Inverter

(Not)

(6)(6)

Contoh packaging gerbang NOT:

20090323 #26

(28)

Gerbang

Gerbang ANDAND (1)(1)

Gerbang

Gerbang AND dengan CMOS:

LV HV HV LV HV LV LV LV

(29)

Gerbang

Simbol Gerbang AND:

(30)

Gerbang

Contoh packaging gerbang AND dengan TTL:

TTL 7411

(31)

Gerbang

Gerbang OROR (1)(1)

Gerbang

Gerbang OROR (1)(1)

Gerbang OR dengan CMOS:

LV HV HV HV LV HV HV HV 20090323 #30 COA/Endro Ariyanto/

(32)

Gerbang

Gerbang OROR (2)(2)

Gerbang

Gerbang OROR (2)(2)

(33)

Gerbang

Gerbang OROR (3)(3)

Gerbang

Gerbang OROR (3)(3)

Contoh packaging gerbang OR dengan TTL:

20090323 #32

(34)

Gerbang

Gerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (1)(1)

Gerbang

Gerbang NANDNAND (Not AND) (Not AND) (1)(1)

Gerbang NAND Gerbang NAND Gerbang NAND Gerbang NAND

dengan NMOS Gerbang NAND dengan TTL Gerbang NAND dengan DTL

(35)

Gerbang

Gerbang NANDNAND (Not AND) (Not AND) (2)(2)

Gerbang NAND dengan CMOS:

20090323 #34

(36)

• Gerbang NAND banyak input: (untuk n input diperlukan 2n transistor)

20090323 #38

(40)

Gerbang

Contoh packaging gerbang NAND dengan CMOS:

(41)

Gerbang

Contoh packaging gerbang NAND dengan TTL:

20090323 #40

(42)

Gerbang

Gerbang NORNOR (Not OR)(Not OR) (1)(1)

Gerbang

Gerbang NORNOR (Not OR) (Not OR) (1)(1)

NOR dengan NMOS: NOR dengan TTL:

NOR dengan DTL: NOR dengan DTL:

(43)

Gerbang

Gerbang NOR dengan CMOS:

LV LV LV HV 20090323 #42 COA/Endro Ariyanto/

(44)

Gerbang

Simbol Gerbang NOR:

Tanda bulatan b i i dik t sebagai indikator ACTIVE LOW Catatan: Z = (X+Y)’(H) (X Y)(L)

seperti operasi OR biasa

(45)

Gerbang

• Gerbang NOR banyak input: (untuk n input diperlukan 2n

transistor)

20090323 #44

(46)

Gerbang

Contoh packaging gerbang NOR dengan CMOS:

CMOS 4002 CMOS 4025 CMOS: 4000 CMOS: 4002 CMOS: 4025

(47)

Gerbang

Contoh packaging gerbang NOR dengan TTL:

20090323 #46

(48)

Gerbang

Gerbang XORXOR (1)(1)

Gerbang

(49)

Gerbang

Simbol gerbang XOR:

(50)

Gerbang

Contoh packaging gerbang XOR dengan TTL:

TTL: 7486 TTL: 7486

(51)

Gerbang

Gerbang EQVEQV

Gerbang

Gerbang EQVEQV

EQV dengan MOS: Simbol gerbang EQV:

20090323 #50

(52)

Gerbang

Gerbang ANDAND AlternatifAlternatif (1)(1)

Gerbang

Gerbang AND dapat tersusun dari gabungan dari gerbang NAND dan NOT

(53)

Gerbang

Gerbang AND dapat tersusun dari gerbang OR yang semua input dan outputnya aktif low

seperti operasi OR biasa Catatan: Z = X.Y = (X.Y)’’ Catatan: Z = (X’+Y’)’ = X.Y 20090323 #52 COA/Endro Ariyanto/ ( ) = (X’+Y’)’

(54)

Gerbang

Gerbang OROR AlternatifAlternatif (1)(1)

Gerbang

Gerbang OR dapat tersusun dari gabungan dari gerbang

(55)

Gerbang

Gerbang OR dapat tersusun dari gerbang AND yang semua input dan outputnya aktif low

seperti operasi AND biasa AND biasa Catatan: Z = X+Y = (X+Y)’’ Catatan: Z = (X’.Y’)’ = X+Y 20090323 #54 COA/Endro Ariyanto/ ( ) = (X’.Y’)’

(56)

Gerbang

Gerbang NANDNAND AlternatifAlternatif

Gerbang

Gerbang NANDNAND AlternatifAlternatif

Gerbang NAND dapat tersusun dari gerbang OR yang semua input-nya aktif low

Z(H)=(X+Y)(H) seperti operasi OR biasa biasa Catatan: Z = (X.Y)’ = X’+Y’ Catatan: Z = X’+Y’ = (X.Y)’( )

(57)

Gerbang

Gerbang NORNOR AlternatifAlternatif

Gerbang

Gerbang NORNOR AlternatifAlternatif

Gerbang NOR dapat tersusun dari gerbang AND yang semua input-nya aktif low

Z(H)=(X.Y)(H) X(L) Y(L) seperti operasi OR biasa biasa Catatan: Z = (X+Y)’ = X’.Y’ Catatan: Z = X’.Y’ = (X+Y)’ 20090323 #56 COA/Endro Ariyanto/ ( )

(58)

Gerbang Inverter (NOT) Alternatif (1)

G b NOT k b NAND

Gerbang NOT menggunakan gerbang NAND:

Salah satu input selalu

dihubungkan ke HV atau 1(H)

Semua input digabung Semua input digabung menjadi satu

dihubungkan ke HV atau 0(L) dihubungkan ke HV atau 0(L)

(59)

Gerbang Inverter (NOT) Alternatif (2)

G b NOT k b NOR

Gerbang NOT menggunakan gerbang NOR:

dihubungkan ke HV atau 1(H)

Semua input digabung Semua input digabung menjadi satu

dihubungkan ke HV atau 0(L)

20090323 #58

(60)

Substitusi Gerbang Logika Substitusi Gerbang Logika

(61)

Incompability

Terjadi ketika aktif High bertemu dengan aktif Low

(62)

Pustaka Pustaka Pustaka Pustaka

[TIN91] Tinder, Richard F. 1991. “Digital Engineering

Design : A Modern Approach”. - edition. Prentice Hall.