Penerapan Mikroprosesor dalam kehidupan sehari – hari.

Penerapan Mikroprosesor dalam kehidupan sehari – hari.

Saat ini, aplikasi sistem mikroprosesor sudah meluas ke hampir seluruh bidang kehidupan manusia, seperti pendidikan, kesehatan, kependudukan, politik,  dll. Terdapat beberapa sistem elektronika yang biasa dipakai dalam peralatan elektronik. 

Sistem-sistem tersebut antara lain: sistem analog hardwire¸ sistem digital hardwire dan sistem digital berbasis mikroprosesor. Sistem analog hardwire adalah sistem yang menggunakan komponen-komponen analog serta pengkawatan yang rumit antar komponen dasar tersebut. Sementara itu, sistem digital hardwire adalah sistem kombinasional atau sekuensial tanpa pemrograman, setelah selesai dirancang dan dirakit, fungsi kerja alat tsb tidak bisa diubah. Kedua sistem tersebut memiliki beberapa kekurangan yang signifikan, yaitu tidak bisa diprogram ulang, satu alat hanya untuk satu fungsi.

Berbeda dengan sistem analog maupun sistem digital hardwire, sistem digital programmable atau sistem berbasis mikroprosesor memiliki beberapa keunggulan berikut :

Bentuknya kecil dan ringkas; karena dengan sistem ini, banyak komponen yang direduksi keberadaannya dan digantikan dengan sebuah mikroprosesor saja.

Portable; karena bentuknya yang kecil, sehingga secara keseluruhan alat tersebut juga mempunyai ukuran yang kecil serta mudah dibawa ke mana-mana

Konsumsi daya rendah; sejak digunakannya bahan semikonduktor, komponen IC tidak lagi memerlukan daya yang yang tinggi untuk aktifasi dan tidak lagi membuang panas yang besar.

Biaya rendah; selain karena banyak komponen yang dikurangi, biaya produksi IC (integrated circuit) terus menurun, sehingga secara keseluruhan harga peralatan yang berbasis mikroprosesor terus menurun.

Programmable; keuntungan utama sistem mikroprosesor adalah kemampuannya yang dapat diprogram ulang jika diperlukan perubahan tertentu, sehingga tidak banyak yang harus dilakukan kecuali perubahan isi memory saja.

Secara umum, penggunaan sistem mikroprosesor dapat dibagi menjadi 3 katagori, yaitu :
- Sistem Komputer.
- Sistem Komunikasi.
- Sistem Kendali dan Instrumentasi.

Hampir seluruh komputer yang ada pada hari ini, merupakan komputer digital yang tentu saja merupakan sistem mikroprosesor. Mulai dari komputer ukuran kecil yaitu PDA, komputer mikro atau Personal Computer, mini komputer, mainframe, sampai super komputer. Sebelum tahun 1970an, komputer hanya mampu dibeli oleh perusahaan besar, tetapi hari ini, hampir setiap rumah mampu membeli komputer PC. Meskipun unjuk kerja dan kapasitasnya meningkat, harga komputer cenderung turun karena kemajuan teknologi berefek pada penghematan ongkos produksi.

Dengan hardware yang sama, sebuah komputer PC dapat dipakai untuk berbagai aplikasi, bahkan berbagai sistem operasi. Ada ribuan program aplikasi untuk beragam keperluan dapat running pada hardware PC dan Sistem Operasi yang sama. Berikut ini adalah contoh aplikasi komputer yang dapat bekerja pada komputer PC dengan Sistem Operasi Windows :

- MSOFFICE, untuk perkerjaan perkantoran seperti mengetik, spreadsheet, presentasi, database, penjadwalan dll.
- MATLAB, untuk berbagai kalkulasi teknik, ekonomi, dll.
- AUTOCAD, untuk berbagai operasi gambar, 2 atau 3 dimensi.
- PROTEL, EAGLE, EWB, MULTISIM dll untuk keperluan elektronika. dll.

Selain PC, mini komputer, mainframe dan super komputer telah digunakan untuk urusan-urusan publik atau skala besar seperti database kependudukan, rumah sakit, perbankan, pernerbangan komersial, operasi militer dll. Bayangkan, jika sistem pembayaran rekening listrik atau telepon tidak dilakukan dengan bantuan komputer, mungkin tagihan listrik kita hari ini adalah untuk membayar pemakaian 6 bulan yang lalu, apalagi kalau sistem administrasinya buruk sekali. Dengan teknologi database, kita dapat melakukan pembayaran telepon melalui ATM.

Komputer kapasitas besar juga digunakan untuk mengolah gambar seperti komputer untuk MRI (Magnetic Resonance Imagine), komputer untuk ramalan cuaca, komputer unuk pemetaan, pertambangan dll. Seluruh komputer yang disebukan tadi menggunakan prosesor sebagai pengendali utamanya, baik prosesor tunggal maupun multi prosesor.

Pada sistem komunikasi, hampir semua alat penting menggunakan sistem mikroprosesor. Pada hari ini, sistem komunikasi hampir selalu terkait dengan komputer atau mikroprosesor. 

Berikut ini adalah beberapa contohnya.

Sentral Telepon PSTN atau saluran analog dengan bandwidth 4 kHz. Saat ini, hampir semua sistem switching atau penyambungan telepon dilakukan secara digital, random input sequential ouput atau sebaliknya. Tentu saja semua ini diwujudkan dengan menyertakan sistem mikroprosesor.

Provider Telepon Digital seperti ISDN, DSL dll. Selain untuk switching atau penyambungan dan queuing atau antrian, sistem mikroprosesor pada provider telepon digital juga dimanfaatkan untuk banyak hal lain termasuk network management dan optimasi Quality of Service.

Provider Telepon Seluler. Meskipun menggunakan saluran radio frekuensi, hampir semua telepon seluler mnerapkan komunikasi digital.

Handphone. Handphone yang kecil dan murah sekalipun, harus dilengkapi dengan mikroprosesor, karena untuk membaca keypad, menyimpan phonebook, kalkulator, mengirim SMS dll memerlukan sistem instrumentasi digital.

Komunikasi Satelit. Selain untuk sistem kendali dan instrumentasi satelit, mikroprosesor juga digunakan untuk switching, muliplexing, queuing, error correction dll.

Penggunaan mikroprosesor pada sistem kendali dan instrumentasi diterapkan di hampir semua instrumen dan alat kendali, mulai dari instrumen kecil seperti barcode reader, sampai instrumen besar seperti panel pesawat terbang. Mulai dari alat kedokteran seperti MRI (Magnetic Resonance Imaging) sampai alat perang seperti stinger missile untuk serangan darat ke udara. Berikut ini adalah bebrapa contoh penerapan sistem mikroprosesor untuk alat kendali dan instrumentasi.

EFI, Electronic Fuel Injection yang diterapkan pada mesin-mesin bakar modern. Alat ini dipakai untuk mengoptimalkan pemakaian bahan bakar untuk torsi dan kecepatan maksimum.

Instrumen Lift. Prosesor digunakan untuk membaca tekanan tombol dan mengendalikan gerakan motor listrik, sehingga lift dapat begerak sesuai dengan tekanan tombol dan cukup nyaman bagi pemakai, tidak berhenti atau bergerak mendadak.

Sistem pengatur ketepatan cetak dan potong pada mesin pengganda media kertas seperti koran dan majalah. Tanpa koreksi dari sistem mikroprosesor, selain hasil yang kurang rapi, alat pemotong atau pencetak harus sering disetting ulang dan ini sangat tidak realistis. Kita dapat lihat, pada setiap halaman koran atau majalah ada terdapat mark atau tanda, baik tanda untuk warna maupun tanda untuk alat potong.

Alat pengolah data pada VCD atau DVD player. Karena data disimpan dalam CD dalam keadaan dikompres, maka untuk mengubahnya menjadi gambar atau suara perlu dilakukan dekompresi data yang jelas memerlukan algoritma tertentu yang diwujudkan dengan program. Tentu saja ini memerlukan sistem mikroprosesor.

Sumber: http://akhmad-maknur.blogspot.co.id/2011/01/mikroprosessor-penerapan-dalam.html

Arsitektur Mikroprosesor

Arsitektur Mikroprosesor

Pemahaman yang baik terhadap arsitektur mikroprosesor sangat membantu kemampuan pengembangan program sistem mikroprosesor. Arsitektur mikroprosesor berkaitan dengan rancangan software dan hardware internal sebuah mikroprosesor.

Jenis Arsitektur Mikroprosesor

Arsitektur mikroprosesor biasanya berkaitan dengan bangunan, rancangan atau desain sebuah mikroprosesor. Desain sebuah mikroprosesor dengan ciri-ciri pokok yang sering disebut dengan features sebuah mikroprosesor dapat dipelajari dengan baik melalui Internal Software-Hardware Design. Pemahaman dan pengkajian mendalam terhadap rancangan software dan hardware yang disebut juga dengan istilah arsitektur akan sangat membantu dalam pemrograman mikroprosesor.

Arsitektur sebuah mikroprosesor menunjukkan rancangan tentang perangkat lunak dan perangkat keras yang terpadu menjadi satu. Rancangan perangkat lunak dan perangkat keras sebuah mikroprosesor dikembangkan secara simultan sebelum sebuah mikroprosesor diproduksi. Arsitektur perangkat lunak mikroprosesor disebut juga dengan set instruksi. Setiap mikroprosesor memiliki set instruksi tersendiri yang terdiri dari sejumlah instruksi yang dapat bekerja di dalam perangkat keras mikroprosesor.

Internal software design berkaitan dengan bentuk atau rancangan set instruksi (instruction set) yang digunakan. Set instruksi sebuah mrikroprosesor dibangun dan dikembangkan bersamaan dengan pengembangan rancangan perangkat keras mikroprosesornya. Setiap perintah dalam set instruksi harus bekerja pada saat prosesdecoding yang dilakukan oleh perangkat keras mikroprosesor. Disebut internal softwarekarena set instruksi berkaitan langsung dengan perangkat keras yang ada di dalam mikroprosesor. Setiap perintah dalam set instruksi dikodekan dalam heksa desimal.

Pemahaman yang baik terhadap arsitektur mikroprosesor sangat membantu kemampuan pengembangan program sistem mikroprosesor. Arsitektur mikroprosesor berkaitan dengan rancangan software dan hardware internal sebuah mikroprosesor.

 A. Internal Software Design

Ada tiga model arsitektur mikroprosesor dilihat dari perangkat lunak dalam bentuk set instruksi sebagai software design yaitu:

(1) Complex Instruction Set Computer (CISC)

(2) Reduce Instruction Set Computer (RISC)

(3) Mikroprosesor Superskalar

1. Complex Instruction Set Computer (CISC)

Pada mulanya dalam industri komputer, pemrograman dilakukan menggunakan bahasaassembly atau kode-kode bahasa mesin. Pemrograman semacam ini sangat powerfuldan mudah menggunakan instruksi. Perancang CPU mencoba membuat instruksi yang dapat melakukan berbagai perintah kerja. CISC adalah jenis arsitektur mikroprosesor yang menggunakan banyak jenis dan ragam instruksi. CISC menyediakan kemampuan setiap instruksi dapat mengeksekusi operasi low-level, seperti men-load data dari memori, operasi aritmetika, dan melakukan prosedur penyimpanan ke memori. Mikroprosesor jenis ini memiliki kemampuan eksekusi cepat. Contoh mikroprosesor dengan arsitektur CISC adalah Intel 8088, 8085, 8086, Zilog Z-80 CPU, NS 32016, MC6800. Karena jumlah instruksi lebih banyak jenis dan ragamnya maka kelemahan CISC terletak pada sulitnya mengembangkan interpreter dan kompiler.

2. Reduce Instruction Set Computer (RISC)

RISC merupakan arsitektur instruction set yang menekankan kepada kesederhanaan instruksi “bekerja sedikit” tetapi tetap memberikan hasil performansi yang tinggi. Hal ini bisa terjadi karena proses eksekusi instruksinya sangat cepat. Arsitektur ini lebih baru dibandingkan dengan arsitektur CISC. Arsitektur RISC memiliki sedikit instruksi banyak register. Contoh mikroprosesor dengan artsitektur RISC adalah AMD 2900, MIPS R2000, SUN SPARC, MC 8800, ATMET 90S1200, 90S2313, 90S2323, 90S2343, 90S4434, 90S8515.

Ciri-ciri RISC :

• Instruksi bersifat tunggal
• Ukuran instruksi umumnya 4 byte
• Jumlah mode pengalamatan (Addresing mode) lebih sedikit dibawah lima,
• Tidak ada mode pengalamatan tidak langsung (inderect addresing mode),
• Tidak ada operasi yang menggabungkan operasi Load/Store dengan operasi aritmetika,
• Setiap instruksi dalam satu lokasi memori memiliki lebih dari satu operand.
• Tidak mendukung sembarang peralatan
• Satu instruksi satu alamat data,
• Minimal 32 register interger dapat dirujuk secara eksplisit,
• Minimal 16 register floating point direferensikan secara eksplisit.

3. Mikroprosesor Superskalar

Mikroprosesor dengan arsitektur superskalar adalah mikroprosesor yang menggunakan instruksi-instruksi biasa (aritmetika, floating point, store, branch) tetapi bisa diinisialisasi secara simultan dan dapat dieksekusi secara independen. Contoh mikroprosesor dengan arsitektur superskalar antara lain: IBM RS 6000, Pentium (CISC dengan konsep superskalar).

B. Internal Hardware Design

Internal hardware design berkaitan dengan masalah-masalah jenis, jumlah, dan ukuran register serta komponen lainnya. Untuk dapat menginstalasikan sebuah mikroprosesor dengan komponen lainnya seperti RWM, ROM, dan I/O sebagai komponen utama dan rangkaian Clock, Reset, Buffer, dan lain-lain sebagai komponen pendukung, diperlukan pemahaman sistem bus yang dimiliki oleh setiap mikroprosesor.

Ada tiga jenis arsitektur mikroprosesor berdasarkan internal hardware design yaitu:

(1) Arsitektur I/O terisolasi

(2) Arsitektur I/O terpetakan dalam Memori

(3) Arsitektur Harvard

1. Arsitektur I/O Terisolasi

Mikroprosesor dengan arsitektur I/O terisolasi menggunakan disain pengalamatan atau pemetaan I/O terpisah atau terisolasi dengan pengalamatan atau pemetaan memori. Pengalamatan I/O menggunakan sebagian dari jumlah saluran alamat (address bus) sedangkan pengalamatan memori menggunakan semua saluran alamat (address bus). Ini merupakan ciri pokok dari mikroprosesor dengan arsitektur I/O terisolasi. Ada pengendalian yang terpisah dan bergantian.

Pada saat mikroprosesor mengakses memori maka I/O harus off. Sebaliknya pada saat mikroprosesor mengakses I/O memori harus off.

Untuk memudahkan memahami kita gunakan kasus sebuah mikroprosesor dengan arsitektur I/O terisolasi memiliki saluran alamat 16 bit. Jumlah lokasi memori maksimum yang dapat dialamati oleh mikroprosesor ini adalah 216 atau 64 Kilo byte dan jumlah lokasi I/O yang dapat dialamati adalah 28 yaitu sama dengan 256 byte. Jadi pengalamatan memori menggunakan seluruh saluran alamat dalam hal ini 16 bit sedangkan pengalaman I/O menggunakan sebagian saluran alamat dalam hal ini 8 bit.

Jenis arsitektur I/O terisolasi menyediakan akses memori dan I/O secara terpisah. Artinya pada saat mengakses memori, perangkat I/O harus off. Sebaliknya pada saat mengakses I/O bagian memori harus off. Model arsitektur I/O terisolasi terlihat jelas peta selsel memori terpisah atau terisolasi dengan peta sel-sel I/O. Untuk mikroprosesor dengan bus alamat 16 bit yakni dari A0 sampai dengan A15 sel memori berada pada alamat 0000H sampai dengan FFFFH. Sedangkan sel I/O berada pada alamat terpisah diantara 00H sampai dengan FFH.

Metoda I/O terisolasi menggunakan akumulator pada CPU untuk menerima data dari I/O atau mengeluarkan data ke bus I/O selama operasi input output. Tidak ada register lain selain akumulator yang terpakai untuk akses I/O. Dengan demikian arsitektur I/O terisolasi disebut juga dengan I/O akumulator.

Keuntungan metoda I/O terisolasi :

• Komputer dapat mengalihkan informasi/data ke atau dari CPU tanpa menggunakan memori. Alamat atau lokasi memori sepenuhnya digunakan untuk operasi memori bukan untuk operasi I/O.
• Lokasi memori tidak terkurangi oleh selsel I/O
• Instruksi I/O lebih pendek sehingga dapat dengan mudah dibedakan dari instruksi memori.
• Pengalamatan I/O menjadi lebih pendek dan perangkat keras untuk pengkodean alamat lebih sederhana.

Sedangkan kerugian arsitektur I/O terisolasi lebih banyak menggunakan saluran pin pengendalian pada bus kendali dari mikroprosesornya.

Mikroprosesor buatan perusahaan Intel dan mikroprosesor buatan Zilog menggunakan arsitektur I/O terisolasi.

2. Arsitektur I/O Terpetakan dalam Memori

Mikroprosesor dengan arsitektur I/O terpetakan dalam memori menyatukan sel-sel I/O dalam pengalamatan bersama dengan sel-sel memori. Mikroprosesor dengan arsitektur I/O terpetakan dalam memori dapat diilustrasi nampak bahwa sel-sel I/O menjadi satu dengan sel-sel memori. Arsitektur I/O terpetakan dalam memori menunjukkan penggunaan instruksi tipe memori untuk mengakses alat-alat I/O. I/O yang dipetakan dalam memori memungkinkan CPU menggunakan instruksi yang sama untuk alih data ke memori seperti yang digunakan untuk alih data ke I/O.

Sebuah pintu I/O diperlakukan seperti sebuah lokasi memori. Keuntungan system ini adalah instruksi yang dipakai untuk pembacaan dan penulisan memori dapat digunakan untuk memasukkan dan mengeluarkan data pada I/O.

Kerugiannya pertama tiap satu pintu I/O mengurangi satu lokasi memori yang tersedia. Kedua alamat lokasi I/O memerlukan 16 bit saluran. Ketiga instruksi I/O yang dipetakan dalam memori lebih lama dari instruksi I/O terisolasi. Gambar 2.2 menunjukkan bentuk pengendalian I/O terpetakan dalam Memori.

3. Arsitektur Harvard

Arsitektur Harvard menggunakan disain yang hampir sama dengan arsitektur I/O terisolasi. Perbedaannya pada arsitektur Harvard antara memori program dan memori data dipisahkan atau diisolasi. Pemisahan antara memori program dan memori data menggunakan perintah akses memori yang berbeda.

Arsitektur Harvard ditinjau dari kemampuan jumlah memori lebih menguntungkan. Terpisahnya memori program dengan memori data menyebabkan arsitektur Harvard berkemampuan memori dua kali lipat kemampuan memori arsitektur I/O terisolasi.

Sumber: https://nursakinahnofiatiningsih.wordpress.com/2015/03/04/arsitektur-mikroprosesor/