Sistem Mikroprosessor
Kuliah Remedial
Materi
1.
Pendahuluan
2.
Mekanisme Kerja Mikroprosessor
3.
Arsitektur dan Instruksi mikroprosessor
8051
4.
Implementasi Instruksi Program
Background Knowledge
Electronics, sistem elektronika analog dan digital.
Number System and Codes, seperti sistem
bilangan Biner, Hexadesimal, Octal, ASCII dan sistem konversinya
Sejarah
Bangsa Yunani kuno menemukan bahwa Batu “Amber” dapat menarik benda-benda kecil
disekitarnya setelah digosokan (600 SM)
Benjamin Franklin (1709)
Teknologi Elektronika
Elektronika Analog
Komponen Pasif: Resistor,Kapasitor, induktor
Komponen Aktif :Dioda, Transistor, OP-AMP, IC, dll
Elektronika Digital
Komponen Dasar, gerbang-gerbang logika
MSI (Medium Scale Integrated Circuits), Bebagai
IC Enkoder, Dekoder, Multiplexer, Register
LSI (Large Scale Integrated Circuits), berbagai IC
Mikroprosessor
VLSI (Very Large Scale Integrated Circuits),
Digital ICs
Simulation
Transistor As a NOT Gate (Multisim)
Q1
BC850B*
V1 5 V V2
5 V
J1
Key = Space
R1
10.0kOhm_1% R2
Simulation (III)
Perkembangan Elektronika
Perkembangan Teknologi ICs
Pengembangan IC dengan densitas
yang sangat tinggi
Mengurangi ukuran
Menurunkan harga
Komputer Digital
Merupakan kombinasi antara komponen-komponen digital dan rangkaian digital
yang dapat mengerjakan sekuens operasi dengan minimum intervensi dari manusia.
Sekuens operasi tersebut disebut dengan
Program
Program merupakan sebuah set instruksi yang
Bagaimana Komputer berfikir?
Komputer tidak berfikir!
Komputer secara sederhana hanya
merupakan mesin elektonik berkecepatan tinggi yang dapat memanipulasi data,
menyelesaikan masalah, dan mengambil keputusan yang kesemuanya dikontrol oleh program.
Bagaimana Komputer Komputer dapat mengeksekusi instruksi-instruksi
Komputer Digital
Setiap unit elemen memiliki fungsi spesifik, dan ke semuanya mengerjakan
instruksi yang diberikan dalam program. Control
ALU
Memory Input
Output Data,
Informasi
Data,
Informasi
Sinyal Kontrol & Alamat
Data / Informasi
Elemen Komputer
CPU (Central Processing Unit), CPU atau Mikroprosessor merupakan otak dari sistem komputer tersusun atas banyak
rangkaian elektronik digital yang memiliki kemampuan mengambil dan mengeksekusi instruksi, memanipulasi data, melakukan fungsi aritmatika dan logika. CPU terdiri dari dua komponen besar, yakni
ALU dan Control Unit. CPU juga melakukan pengendalian dan pengaturan seluruh aktifitas mesin.
ALU (Arithmetic Logic Unit), Semua operasi aritmatika dan logika
dilakukan pada bagian ini, yang kemudian hasil perhitungannya akan disimpan di dalam elemen memori
Control unit, elemen ini berisi register-register kontrol, pointer, dan
program counter. Elemen ini mengambil instruksi yang tersimpan di dalam memori program dalam suatu siklus clock (tergantung jenis Kontroller), lalu menterjemahkannya ke dalam kontrol register.
Elemen Komputer (II)
Memori merupakan media penyimpanan instruksi program
maupun data. Memori dapat berupa Hard Disk, Disket, maupun
Random Access Memory (RAM). Memori dalam mikrokontroller dapat berupa Flash Programmable and Erasable Read Only Memory (PEROM), EEPROM dan RAM.
Port I/O merupakan media keluar masuk data dari dan ke sistem komputer. Port I/O merupakan jalur komunikasi komputer dengan Contoh komponen yang terhubung dengan Port I/O antara lain, sensor, Keyboard, LCD, LED, Seven Segment, dan lain-lain.
Sistem Bus merupakan jalur konduktor yang memiliki fungsi menghubungkan antara CPU, memori, dan I/O. Bus dapat
dikelompokkan berdasarkan fungsinya antara lain bus alamat,
bus data, dan bus kendali. Bus alamat membawa informasi alamat suatu data atau komponen I/O, bus data membawa informasi data instruksi atau data yang diolah, sedangkan bus
kendali berisi informasi kendali dari prosessor atau peralatan yang terhubung ke prosessor.
Evolusi MPU
Intel 4004 (MPU 4-bit)
Intel 8008, 8080, 8085, dll (MPU 8-bit)
pada tahun 1970
Intel 8086, 80x86, dll (MPU 32-bit)
Keluarga 8051 (MPU 8-bit) menjadi
Secret Agent 89
1. Setiap informasi yang ada di dalam Box
dituliskan dalam bentuk kode
2. Buka Box 1 terlebih dahulu, kemudian
eksekusi instruksi yang ada di dalamnya
3. Lanjutkan ke Box yang lainnya dalam
sekuen kecuali terdapat instruksi di dalam
Box untuk perintah Jump / Return
4. Salah satu Box dihubungkan dengan BOM
Analogi Operasi Komputer (1)
Secret Agent 89
10. 2 9. 11
8. 20
7. BOM (Too Bad)
6. Kembali ke awal untuk
instruksi selanjutnya
5. Kurangi dengan 13
4. Jika hasil nilainya tidak sama
dengan 30, lanjutkan ke Box (7). Yang lainnya lanjutkan ke Box selanjutnya
3. Kurangi dengan nilai yang
tersimpan dalam Box (8)
2. Bagi nilai hasil sebelumnya
dengan nilai yang tersimpan dalam Box (10)
1. Jumlahkan nilai yang
Analogi Operasi Komputer (2)
Secret Agent 89
Analogi tersebut diberikan sebagai berikut:
1. Setiap Box seperti halnya memori dalam
komputer, dimana instruksi dan data
disimpan.
2. Box 1-6 berisi instruksi yang akan dieksekusi,
sedangkan Box 8-10 berisi data yang suatu waktu dapat dipanggil oleh instruksi
3. Box 7 dikenal sebagai bagian memori yang
harus dihindari oleh instruksi
4. Nomer-nomer pada setiap Box seperti halnya
3 Kelompok Instruksi Berbeda
Dalam Box 1-6
1.
Box
1, 2, 3 dan 5 disebut sebagai
Operasi Aritmatika
2.
Box
4 berisi instruksi pembuat
keputusan (Decision Making) yang
disebut
Conditional Jump
atau
Conditional Branch
.
3.
Box
6 berisi instruksi
Control
Return
Pengorganisasian Komputer
Control ALU Memory Input Output Data, Informasidari dunia luar
Data, Informasi ke dunia luar
Sinyal Kontrol & Alamat
Data / Informasi
CPU
3
2
10
8
7 6 11
4
9 12
Penjelasan Organisasi Komputer (1)
ALU (Arithmetic Logic Unit), Semua operasi
aritmatika dan logika dilakukan pada bagian ini, yang kemudian hasil perhitungannya akan disimpan di dalam elemen memori. Operasi
yang akan dilakukan oleh ALU ditentukan oleh sinyal dari unit kontrol (Panah 1). Data yang akan dioperasikan dalam ALU dapat berasal dari unit memori (Panah 2) atau input
Penjelasan Organisasi Komputer (2)
Unit Memori merupakan media penyimpanan sekumpulan digit-digit biner (Words) yang
merepresentasikan instruksi-instruksi (program) yang akan dioperasikan oleh komputer dan data-data yang akan dikenai operasi. Memori dapat berupa Hard Disk, Disket, maupun Random Access Memory (RAM).
Memori juga digunakan untuk penyimpanan sementara ataupun hasil akhir dari operasi aritmatika (Panah 4). Operasi dari memori dikontrol oleh unit kontrol (panah 6), yang mengatur sinyal untuk baca dan tulis. Lokasi pada memori dapat diakses oleh unit kontrol melalui pengalamatan yang sesuai (panah 7). Informasi dapat ditulis ke dalam memori dari ALU atau pun unit
masukan (panah 8), di bawah kontrol unit kontrol.
Penjelasan Organisasi Komputer (3)
Unit Input terdiri dari semua alat atau komponen yang digunakan untuk mengambil informasi dan data yang berasal dari luar ke komputer dan menyimpannya ke dalam unit memori (panah 8) atau ke ALU (panah 3). Unit kontrol akan mentukan kemana informasi input tersebut akan dikirim/disimpan (panah 10). Unit input digunakan juga untuk memasukkan program dan data ke dalam memori untuk menginisialisasi sistem kerja dari komputer. Beberapa jenis komponen input yang banyak digunakan antara lain keyboard, saklar,
Penjelasan Organisasi Komputer (4)
Unit Output terdiri dari alat atau komponen
yang digunakan untuk mentransfer data dari komputer ke dunia luar. Peralatan output
dikontrol oleh unit kontrol (panah 12) dan
dapat menerima data dari memori (panah 9) atau pun ALU (panah 5) dengan format data yang disesuaikan terlebih dahulu untuk
penggunaan eksternal. Komponen output yang sering digunakan antara lain LED,
Penjelasan Organisasi Komputer (5)
Interfacing. Semua alat atau komponen elektronik yang menyusun
unit input dan output disebut dengan Peripherals, karena
komponen-komponen tersebut menjadi jembatan antara komputer dengan peralatan-peralatan eksternal. Hal yang paling penting
dalam peripheral adalah interfacing. Interfacing komputer secara spesifik didefinisikan sebagai proses pentransmisian informasi digital antara komputer dengan peripheral-nya dengan cara yang telah
disesuaikan (compatible) dan tersinkronisasi. Banyak komponen I/O yang tidak secara langsung disesuai dengan komputernya,
karena terdapat perbedaan pada beberapa karakteristiknya seperti
kecepatan operasi (co: baudrate), format data (co: BCD, ASCII, atau biner), mode transmisi data (co: serial, paralel), dan level tegangan logikanya (co: TTL, RS232). Salah satu contoh umum adalah video display terminal (VDT), yang berfungsi sebagai input maupun output. VDT mengirim dan menerima data secara serial (satu bit tiap waktu) sedangkan komputer dapat menangani data dalam bentuk paralel, dengan demikian VDT membutuhkan
Penjelasan Organisasi Komputer (6)
Unit Kontrol. Dari penjelasan-penjelasan di atas, fungsi dari unit kontrol telah tampak. Unit ini menunjukkan arah operasi dari semua unit lainnya dengan memberikan sinyal
pewaktuan (timing) dan kontrol. Unit ini tersusun dari rangkaian logika dan pewaktuan yang dapat
membangkitkan sinyal yang sesuai yang dibutuhkan untuk mengeksekusi setiap instruksi dalam program.Unit kontrol mengambil (Fetches) tiap instruksi (satu-per-satu) dari
memori dengan mengirim sebuah alamat yang sesuai (panah 7) dan perintah membaca (panah 6) ke memori. Kata (Word) instruksi yang tersimpan pada lokasi memori tersebut,
kemudian dikirimkan ke unit kontrol (panah 11). Kata instruksi yang berbentuk kode biner ini kemudian
didekodekan oleh rangkaian logika yang terdapat di dalam unit kontrol, untuk menentukan instruksi apa yang akan diaktifkan. Unit kontrol akan menggunakan informasi ini untuk mengirim sinyal-sinyal yang sesuai kepada unit-unit lainnya untuk
Penjelasan Organisasi Komputer (7)
Sekuen mengambil (fetching) dan mengeksekusi
(executing) tiap kode instruksi ini diulangi terus menerus oleh unit kontrol (seperti pada gambar 1). Sekuen
berulang fetch/execute ini akan terus berlanjut hingga komputer dimatikan atau tombol RESET diaktifkan.
RESET akan selalu membuat komputer untuk mem-fetch
instruksi pertama dalam program, pada umumnya di alamat 0000.
Fetch Execute
Komputer vs
Prosessor
Komputer (Komputer) berbeda dengan Prosessor Unit (Central Processing Unit / MPU). Komputer tersusun atas
Prosessor + unit-unit penyusun komputer lainnya (seperti: Unit I/O, Memori, dan Sistem Bus).
Clocks
MPU
Unit Memori
RAM ROM
Input Interface
Input Devices
Output Interface
Output Devices
Central Processing Unit (CPU)
Beberapa Istilah
Mnemonic (kode operasi):
merupakan istilah untuk kode instruksi (perintah) dalam bahasa assembly, seperti mov, add, jump, etc.
Register :
berfungsi untuk penyimpanan sementara (register serba guna). Digunakan untuk 16 bit (X) dan 8 bit (H,L)
Operand :
adalah suatu item data yang dimanipulasi.
Assembler :
digunakan untuk menerjemahkan bahasa Assembly ke dalam kode mesin (disebut juga dengan kode Objek). Kuliah ini digunakan Turbo Assembler
mov AX, 56FCH