Sistem Mikroprosesor

Materi kuliah II

Tgl. 21 September 2000

Mata Kuliah : Sistem Mikroprosesor

Dosen : Abdul Muis Mappalotteng

Perangkat Komputer

Pada dasarnya suatu sistem komputer tidaklah terdiri hanya satu mesin saja, melainkan terdiri dari gabungan berbagai perangkat sedemikian rupa sehingga dapat berfungsi. Komputer sebagai suatu sistem, pada prinsipnya tersusun oleh dua jenis perangkat yakni perangkat keras, dan perangkat lunak.

Perangkat keras atau hardware adalah segala sesuatu yang berhubungan dengan peralatan mesin itu sendiri. Kualitas komputer ditentukan oleh lima karakteristik yang berbeda dari perangkat kerasnya yakni:

1. Kecepatan, kecepatan masing-masing komputer dalam mengolah data tidak sama. Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan ini diantaranya CPU, jumlah memory, dan kecepatan storage.

2. Kapasitas, yang dimaksud disini adalah kapasitas komputer dalam manampung instruksi yang diberikan.

3. Kemudahan dalam penggunaan, kualitas ini ditentukan misalnya oleh kualitsa dari keyboard, display screen dan sebagainya.

4. Fungsionalitas, misalnya keistimewaan dari berbagai jenis komputer yang mampu menam-pilkan grafik tiga dimensi pada screen.

5. Kemampuan pengembangan, adalah kemampuan dari komputer untuk ditingkatkan kapasitas-nya sesuai dengan peningkatan kebutuhan.

Adapun komponen-komponen perangkat keras komputer antara lain, CPU, memori, sistem penyimpanan, video display, keyboard, interface, printer dan lain-lain.

Selanjutnya bagian-bagian dari sebuah microprosessor digambarkan sebagai berikut:

CPU

Memori/

Storage

A L U

Control

Section

Gambar 1. Bagian-bagian prosesor

Central Prosesing Unit, merupakan otak dari komputer dalam sistem komputer. Inti dari CPU ini adalah prosesor. Dalam prosesor tersebut terdapat bagian-bagian yang memiliki tugas sendiri. Bagian itu adalah ALU (Arithmetic Logical Unit). ALU mempunyai fungsi untuk melakukan pekerjaan seperti perhitungan, pemindahan, pemilihan, penyusunan, perbandingan dari data, serta proses yang lain.

Bagian yang lain adalah Control Unit, bagian ini bertugas mengontrol dan mengkoordinir keseluruhan sistem komputer dalam melakukan pengolahan data, misalnya mengontrol cara kerja input dan out-put device, mengontrol kerja dari ALU dan sebagainya.

Memory, merupakan bagian dari komputer yang me-nampung semua informasi yang sedang diproses oleh CPU. Bisa dimisalkan, memori adalah suatu buku catat yang mencatat segala informasi yang diproses di dalamnya. Mememori menentukan kapasitas dari komputer. Semakin besar memori, semakin besar pula kecepatan komputer tersebut.

1. Unit Unit Fungsional

Komputer digital yang secara sederhana disebut komputer sering disalahartikan. Meskipun banyak orang menganggapnya sebagai ssuatu yang benar. Dalam bentuknya yang sederhana sebuah komputer adalah sebuah mesin hitung elektronik yang secara cepat menerima informasi masukan (input information) terdigitalkan, kemudian mengolah informasi tadi menurut seperangkat instruksi yang tersimpan dalam komputer tersebut, dan menghasilkan keluaran informasi (output information) yang dihasilkan setelah diolah. Daftar perintah tersebut dinamakan program komputer, dan unit penyimpanannya adalah memori komputer.

Ada beberapa jenis komputer yang berbeda menurut ukuran, kecepatn dan harga. Oleh karenanya perlu digunakan kata-kata khusus untuk menyatakan jenis-jenis komputer. Jenis yang paling kecil dinamakan microcomputer. Jenis microcomputer yang paling umum adalam komputer pribadi (Personal Computer/PC) yang biasa dijumpai di rumah-rumah, sekolah dan kantor. Jenis yang lebih tinggi disebut mini komputer. Jenis ini biasa dipakai oleh sejumlah pemakai tertentu dan memiliki unit penyimpan berupa disk magnetik yang memadai untuk file program dan file data. Mini Komputer banyak digunakan dalam pembuatan daftar gaji, akuntansi dan aplikasi-aplikasi ilmiah.

Stasiun kerja (Work station) yang berdaya guna tinggi dan berkemampuan menerima dan menghasilkan grafik memiliki daya komputasi setingkat dengan komputer mini. Mini komputer ini sering dipakai dalam bidang penerapana rekayasa, terutama untuk pekerjaan desain interaktif.

Komputer yang melebihi komputer mini dan workstation terdapat komputer yang lebih besar dan lebih berdaya guna yang dinamakan mainframe, pada jangkauan rendah, dan pada jangkauan yang lebih tinggi disebut superkomputer. Mainframe khususnya dipakai untuk mengolah data-data perusahaan yang cukup besar, di mana kebutuhan akan kemampuan penyimpanan data dan komputerisasi lebih besar daripada yang dapat ditangani oleh mini komputer. Superkomputer digunakan untuk perhitungan angka dengan skala besar, seperti misalnya untuk ramalan cuaca, rancangan pesawat terbang dan simulasi.

Dalam bentuknya yang paling sederhana, sebuah komputer terdiri dari lima bagian utama yang mempunyai fungsi sendiri-sendiri. Unit-unit tersebut adalah masukan (input), memori, aritmatika dan logika, keluaran (output) dan unit-unit kendali (kontrol). Seperti gambar 2 di bawah ini.

	Keluaran

I/O prosesor

Gambar 2. Unit fungsional dasar pada komputer

Unit masukan menerima informasi yang dikodekan dari operator manusia lewat alat-alat elektromekanik seperti papan ketik (keyboard) pada suatu terminal video, atau dari komputer-komputer lain lewatjalur komunikasi digital. Informasi yang ditenima dan disimpan dalam memori untuk dipergunakan kelak, atau langsung diolah oleh rangkaian aritmetika dan logika untuk melaksanakan operasi yang diinginkan. Langkah-langkah pengolahan di­tentukan oleh program yang disimpan dalam memori. Akhirnya, hasil-hasil yang diperoleh dikirimkan kembali keluar melalui unit keluaran. Seluruh kegiatan ini dikoordinasikan oleh unit kendali. Diagram pada Gambar 1 tidak memperlihat­kan hubungan-hubungan antar unit-unit fungsional, meskipun demikian hubung­an-hubungan ini dapat ditunjukkan dan akan dibahas pada bagian-bagian lain dalam buku ini.

Telah menjadi kebiasaan untuk mengacu rangkaian aritmetika dan logika dalam hubungannya dengan rangkaian kontrol utama sebagai CPU (CentralProcessing Unit), atau disingkat processor (Prosesor). Kata-kata “Central’ terutama digunakan pertama­tama karena kebanyakan dari fungsi kontrol pada komputer-komputer terdahulu dipusatkan pada satu unit pengolah tunggal. Sistem-sistem modern sering terdiri dari banyak pengolah (prosesor), seperti yang akan dibicarakan kemudian, tetapi istilah CPU masih sering dipakai.

Alat-alat masukan dari keluaran biasanya dikombinasikan dan diberi nama unit Input-Output (I/O). Hal ini cukup beralasan, karena sejumlah peralatan standar menyediakan kedua fungsi input dan output tersebut. Contoh yang paling seder­hana dan hal tersebut adalah kenyataan bahwa terminal video yang sering dijumpai terdiri dari sebuah papan ketik untuk masukan dan sebuah tampilan berupa tabung sinar katoda untuk keluaiannya. Kita hams menekankan bahwa fungsi-fungsi masuk­an dan keluaran itu terpisah dalam terminalnya. Dengan kata lain, komputer menganggap hal itu sebagai dua alat yang berbeda, walaupun operator manusia memandang sebagai unit yang sama.

Dalam komputer mainframe yang besar, unit-unit fungsional utama mungkin terdiri dari sejumlah bagian yang terpisah dan sering berukuran cukup besar.

Pada bagian ini kita barus meninjau lebih dalam tentang informasi yang dimasukkan dalani suatu komputer. Akan lebih balk bila kita kategonikan informasi­informasi tersebut sebagai instruksi atau data. Instruksi adalah penintah yang:

• Memenntahkan pemindahan infonmasi dalam sebuah komputer demikian juga pemindahan informasi antara komputer dengan alat-alat I/O-nya

• Menentukan berlangsungnya operasi aritmatika dan logikanya.

Sejumlah instruksi yang melakukan tugas tententu disebut sebuah program. Model operasi yang biasa adalah menyimpan sebuah program ke dalam memori. Prosesor kemudian mengambil instruksi program dari memori dan dengan segera menger­jakan operasi yang diinginkan. Komputer tersebut berada sepenuhnya di bawah kontrol program yang ter~cimpara. kecuali jika ada gangguan luar dan operatornya atau alat-alat masukan-keluarannya yang berhubungan dengan mesin.

Data adalah bilangan-bilangan dan karakter-karakter yang dikodekan dan dipakai sebagai sesuatu yang diopenasikan (operand) oleh instnuksi. Hal tersebut bukanlah suatu definisi yang sukar karena istiah tersebut senng dipakai untuk melambangkan setiap informasi digital. Bahkan dalani definisi kita tentang data mungkin sekali bahwa seluruh program (seperangkat penintah) dapat dianggap sebagai data bila perangkat penintah tersebut akan diolah oleh suatu program lain. Contoh mengenai hal ini dapat dilihat pada pekerjaan penyusunan (compiling) suatu program asal yang ditulis mempergunakan bahasa tingkat tinggi diubah ke dalam instruksi mesin dan data. Program asal tersebut adalah suatu data masukan bagi program penyusun (compiler). Kemudian compiler tersebut menterjemahkan program asal ke dalam suatu proram yang mempergunakan bahasa mesin.

Informasi yang ditangani oleh suatu komputer haruslah ditenima dalam suatu format yang sesuai. Kebanyakan perangkat keras saat ini (perlengkapan mekanik dan elektromekanik) menggunakan rangkaian digital yang mempunyai dua keadaan tetap, yaitu ON (menyala) dan OFF (mati) (lihat Lampiran A). Setiap angka, karakter, atau penintah dikodekan sebagai suatu rangkaian digit biner yang disebut bit, yang masing-masing hanya mempunyai satu di antara dua keadaan yang mungkin. Angka­angka umumnya dinyatakan dalam notasi biner yang. Kadang kala format desimal yang dikodekan ke biner (binary-coded­decimal) digunakan, di sana masing-masing digit desimal dinyatakan oleh 4 bit.

Karakter-karakter alfanumerik juga dinyatakan sebagai kode biner. Beberapa skema pengkodean yang cocok sudah dikembangkan. Dua di antara skema-skema yang sening d~umpai adalah ASCII (American Standard Code for Information Inter­change), pada sistem ini setiap karakter ditunjukkan sebagai sebuah kode dengan 7 bit, lalu dikenal juga EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), pada sistem ini 8 bit dipakai untuk menyatakan 1 karakten.

UNIT MASUKAN Komputer menerima informasi yang dikodekan melalui unit-unit masukan, yakni alat yang mampu membaca data semacam itu. Bentuknya yang paling sederhana adälah papan ketik dan suatu terminal video, yang secara elek­tronik dihubungkan pada bagman pengolah dari komputer. Papan ketik tersebut dipasangi kabel sehingga setiap kali suatu tombol ditekan, digit yang dimaksud secara otomatis diterjemahkan ke dalam sandi yang dimaksud dan dikirim langsung baik kepada memori atau prosesor. Gambar 1.4 memperlihatkan sebuah papan ketik sebagai bagman dari stasiun kerja.

Banyak jenis alat masukan lain juga tersedia, termasuk joysticks, trackballs dan mouse. Alat-alat tersebut sering dipakai sebagai alat-alat masukan grafik dalam hubungannya dengan layar video.

UNIT MEMORI. Fungsi dari unit memori yakni menyimpan program-program dan data-data. Terdapat dua macam alat memori, yang disebut penyimpan primer dan sekunder.

Penyimpan primer, atau memori utama, adalah suatu unit memori dengan ke­mampuan pengoperasian yang cepat dengan kecepatan elektronik. Program-prog­ram disimpan dalam memori utama selama waktu pengerjaan. Memori utama ten­diri dari sejumlah besar sd penyimpan semikonduktor yang masing-masing mampu menyimpan satu bit informasi. Sel-sel ini jarang dibaca atau ditulis sebagai sel individual, tetapi sebaliknya diolah dalani bentuk kelompok-kelompok yang ukur­annya sudah tetap yang disebut kata (word). Memori utama diatur sehingga isi setiap kata, yang terdiri dari n (sejumlah tertentu) bit, dapat disimpan atau dicari kembali dalam suatu pengoperasian dasar.

Untuk mendapatkan kemudahan akses bagi setiap kata dalam memori utama, setiap alamat yang berbeda diberikan pada tiap lokasi kata. Alamat-alamat tersebut adalah angka-angka yang menunjukkan lokasi yang berurutan. Sebuah kata yang ditentukan diakses dengan menetapkan alamatnya dan dengan memberi penintah kontrol untuk memulai pnoses penyimpanan atau proses pencanian kembali.

Jumlah bit yang membentuk setiap kata sening dihubungkan dengan panjang­kata untuk komputen yang bensangkutan. Komputer-komputer besar biasanya memiliki 32 bit atau lebih untuk satu kata, dan panjángnya kata dalam mikro komputer berkisar antara 8 sampai 32 bit. Kapasitas dari memori utama merupakan sebuah fakton yang menandai ukuran sebuah komputen. Mesin-mesin yang kecil mungkin hanya memiliki beberapa natus kata saja, sedangkan mesin yang berukur­an sedang dan besar biasanya memiliki jutaan kata. Data umumnya diolah dalam mesin dalam bentuk unit-unit kata, kelompok kata, atau bagian-bagian dari kata. Akses khusus ke memori utama menghasilkan satu kata dari data yang dibaca dari memori atau dituliskan ke dalam memori.

Seperti disebutkan di atas, program-program hams berada dalam memori utama selama pengenjaan benlangsung. Instruksi dari data dapat dituliskan ke dalam memori atau dibaca di bawah kontrol suatu prosesor. Amatlah penting untuk dapat mengakses setiap lokasinya kata dalam memori utama secepat mungkin. Memori-memori yang setiap lokasi dapat dicapai dalam waktu yang singkat dan dapat dipastikan setelah menentukan alamatnya dikenal dengan istilah Random Access Memories (RAM). Waktu yang dibutuhkan untuk membaca satu kata disebut waktu pengaksesan memori (memory access time). Waktu ini sudah pasti, sekitar 50 sampai 500 nanosecond (ns) untuk hampir tiap komputer modern.

Meskipun penyimpan primer itu penting, tetapi unit ini cendenung mahal. Jadi sebagai tambahan, penyimpan sekunder yang lebih murah dipergunakan bilama­na sejumlah data besar akan disimpan, khususnya bila sejumlah data tersebüt tidak penlu sangat. sening dimasukkan. Banyak pilihan alat-alat yang tensedia, termasuk disket magnetilc, drum dan pita penyimpan. Gambar 1.5 dan 1;6 mempenlihatkan unit-unit disk dan pita.

UNIT ARITMETIKA DAN LOGIKA. Sebagian besar operasi pengerjaan dalam sebuah komputen, berlangsung dalam unit aritmetika dan logika (Arithmetic and Logic Unit, disingkat ALU) dan prosesor. Kita ambil sebuah contoh. Anggap saja dua angka yang berada dalam memori utama akan dijumlahkan. Kedua angka tersebut dibawa ke dalam unit aritmetika dan dilakukan penjumlahan yang sebenan­nya, hasilnya kemudian disimpan dalam memori.

Operasi aritmatika dan logika yang lain (contohnya: perkalian, pembagian atau perbandingan angka) dimulai dengan membawa data operand ke dalam ALU, untuk menjalankan operasi yang diminta. Kita sebaiknya menunjukkan bahwa tidak semua data yang dioperasikan yang digunakan dalam komputer berada dalam memori utama. Prosesor biasanya mengandung sejumlah elemen penyimpan berkecepatan tinggi yang disebut register yang dapat dipakai untuk penyimpanan sementara dari beberapa operand yang sering digunakan. Setiap register dapat menyimpan satu kata dari data. Waktu akses ke register biasanya 5 sampai 10 kali lebih cepat dari­pada waktu pengaksesan memori.

Unit-unit aritmetika dan kontrol umumnya bekerja lebih cepat daripada alat ­alat lain yang berhubungan dengan suatu komputer. Hal ini memungkinkan sebu­ah prosesor untuk mengontrol sejumlah alat ekstemal seperti terminal video, pita magnetik dan disk penyimpanan, sensor, tampilan dan alat-alat pengontnol meka­nis. Kenyataan ini mungkin berlangsung hanya karena perbedaan yang besar dalam kecepatan, yang memungkmnkan proseson yang cepat tersebut mengatur dan mengon­trol kegiatan dari alat-alat yang lebih Iambat kerjanya.

UNIT KELUARAN. Unit keluaran adalah pasangan kerja dari unit masukan. Fung­sinya adalah menginmkan basil-basil yang sudah diolah keluar (dari komputer). Sejumlah unit menyediakan fungsi keluaran dan masukan sekaligus. Hal seperti ini ada pada terminal video dan tampilan grafik. Fungsi ganda dari beberapa unit ini menjadi alasan untuk memakai sebuah nama yaitu I/O (masukan/keluaran).

Tentu saja alat-alat yang sekarang dikemukakan digunakan hanya untuk ke­luaran. Contoh yang paling dikenal dari alat seperti itu adalah pencetak (printer) dengan kecepatan tinggi. Mungkin sekali bagi kita menghasilkan cetakan yang mampu mencetak sebanyak 10.000 bans setiap menitnya. Kecepatan scpenti ini sangat hebat dalam anti mekanis, tetapi sangatlah lambat bila dibandingkan dengan kece­patan elektronik dari suatu unit presesor. Pencetak tersebut mengatur kepala pencetak mekanis, pembenian tinta, atau teknik fotokopi yang berfungsi mengha­silkan pencetakan.

UNIT KONTROL (PENGATUR). Beberapa unit yang dijelaskan sebelumnya menyediakan alat-alat yang dipenlukan untuk menyimpan dan mengolah informasi dan memberikan operasi masukan-keluaran. Openasi-operasi tersebut harus diatur dengan cara yang terorganisir. Hal tersebut merupakan tugas dan unit kontrol. Unit ini secara efektif menjadi pusat saraf, yang berfungsi mengirim sinyal-sinyal kontrol kepada beberapa unit lain dan mengontrol masing-masing unit.

Sebuah printer ganis akan mencetak satu ganis hanya bila secana khusus dibeni perintah untuk melakukannya. Hal ini secara tertentu dipengaruhi oleh instruksi write (menulis) yang dikeluarkan oleh prosesor. Untuk mengolah instruksi ini, unit kontrol tersebut mengirimkan sinyal pewaktu dan dari printer.

Umumnya kita dapat mengatakan bahwa transfer I/O dikendalikan oleh ins­truksi perangkat lunak yang mengendalikan alat itu, juga jenis transfernya. Akan tetapi sinyal pewaktulah yang sebenarnya menentukan transfer tersebut selama proses benlangsung. Sinyal pewaktu tersebut dibangkitkan oleh rangkaian kontrol. Transfer data antara sebuah proseson dcngan memori juga dikendalikan oleh unit kontrol dengan cana yang sama.

Secara konseptual, cukuplah untuk memandang sebuah unit kontrol sebagai sebuah unit yang tenpisah yang berinteraksi dengan bagian-bagian lain dari mesin tersebut. Tetapi dalam prakteknya hal inijanang dipermasalahkan, banyak rangkaian kontrol ini secara fisik disebankan ke seluruh bagman dari mesin tersebut. Sejumlah besar perangkatjalur kontrol (kabel) membawa sinyal yang dipakai untuk mengatur waktu dan menyerempakkan setiap kegiatan dan seluruh unit.

Cara kerja sebuah komputer dapat disimpulkan sebagai benikut:

• Komputer menerima informasi (program dan data) lewat suatu unit masukan dan memindahkannya ke dalam memori.

• Informasi yang tersimpan dalam memori diambil, di bawah kontrol prog­ram, dan dimasukkan ke dalam unit aritmatika dan logika untuk diolah.

• Informasi yang sudah diolah meninggalkan komputer lewat suatu unit keluaran.

• Seluruh kegiatan dalam mesin tersebut diatur oleh unit kontrol

........ Materi kuliah III à Block Diagram Mikroprosesor 29-9-2000