B A B II

DASAR -DASAR MIKROPROSESOR

Tujuan instruksional

Pada bab ini dijelaskan mengenai diagram mikroprosesor, fungsi kerja masing masing

bagian mikroprosesor sehingga dapat berfungsi dalam satu kesatuan sistem yang utuh.

Prinsip kerja pembacaan memori / input output dan fungsi penulisan ke memori / input

ouput. Diharapkan mahasiswa mengetahui fungsi dasar sistem mikroprosesor, sehingga

dalam pembelajaran berikutnya telah memiliki dasar yang kuat tentang perangkat keras

mikroprosesor

Sebelum mempelajari Bahasa Pemrograman Rakitan, mahasiswa terlebih dahulu

wajib mengerti mengenai struktur secara umum perangkat keras Komputer dan susunan

register register yang ada pada mikroprosesor. Seteleh mahasiswa memahami mengenai

struktur perangkat keras dan Struktur register dan memori baru mempelajari mengenai

sintaks sintaks dari bahasa rakitan.

1. Umum

Mikroprosesor adalah suatu rangkaian digital yang terpadu yang memiliki dimensi

ukuran sangat kecil. Mikroprosesor merupakan komponen sentral pada sistem

mikrokomputer. Sistem mikroprosesor terbagi menjadi dua bagian perangkat, perangkat

keras dan perangkat lunak. Secara mudahnya dapat dikatakan bahwa sistem mikroprosesor

merupakan rangkaian digital kompleks yang terintegrasi dalam suatu sistem. Perubahan

fungsi sistem mikroprosesor tergantung dari program pada sistem perangkat lunak yang

mendukung kerja sistem mikroprosesor.

Sistem Mikroprosesor

Unit Pengolah Pusat(CPU)

Unit Memori(ROM & RAM)

Unit Masukan/Keluaran

(I/O)

Piranti Luar Lingkungan

Gambar 1. Sistem mikroprosesor secara umum

Gambar 1. memperlihatkan blok diagram hubungan antara sistem mikroprosesor

dengan lingkungan luar. Dalam sistem mikroprosesor terdiri atas unit pengolah pusat

(CPU), unit media penyimpan (memori) dan unit masukan dan keluaran. Unit masukan dan

keluaran sebagai perantara antara sistem mikroprosesor dengan lingkungan luar sistemnya.

Apabila sistem mikroprosesor tanpa unit masukan dan keluaran maka tidak ada masukan

ataupun keluaran dari dan ke sistem, maka sistem hanya bekerja tanpa ada keluaran yang

dapat diperoleh oleh lingkungan luarnya.

Perkembangan kemajuan teknik pembuatan IC mendukung perkembangan

mikroprosesor. Kemajuan teknik pembuatan IC tersebut membuat kemasan IC menjadi lebih

kecil dengan kemampuan yang lebih besar serta pemakaian daya yang relatif lebih kecil

dibandingkan IC sebelumnya. Untuk aplikasi pengontrolan yang sederhana sistem

mikroprosesor dikemas dalam satu keping tunggal yang lazim disebut mikrokontroler.

Sistem minimum adalah penerapan mikroprosesor pada suatu rangkaian digital,

dengan komponen minimal sehingga sistem mikroprosesor dapat bekerja. Sistem minimum

Intel 8031 merupakan rangkaian digital dengan konfigurasi minimal (menggunakan

komponen paling sedikit), yang dapat membuat IC mikrokontroler Intel 8031 dapat

digunakan sebagai sistem mikroprosesor.

Dalam sistem minimum diperlukan perangkat-perangkat seperti : mikroprosesor,

unit memori, unit masukan dan keluaran, dan rangkaian pendukung lain. Diagram blok

rangkaian sistem minimum mikroprosesor diperlihatkan pada gambar berikut.

8

Unit Pengolah Pusat(CPU)

Unit Masukan/Keluaran

(I/O)

Bus Data

Bus Alamat

Unit Memori ROM

Bus Kendali

Unit Memori RAM

Gambar 2. Konfigurasi sistem mikroprosesor.

2. Konfigurasi Dasar Sistem Mikroprosesor

Pada sistem mikroprosesor prinsip kerjanya adalah mengolah suatu data masukan,

yang kemudian hasil olahan tersebut akan menghasilkan keluaran yang dikehendaki. Proses

pengolahan datanya dapat difungsikan sesuai dengan instruksi yang diprogramkan . Masing

- masing mikroprosesor memiliki bahasa pemrograman yang berbeda-beda. Namun secara

prinsip, dasar dari tiap mikroprosesor adalah sama. Tiap Mikroprosesor memiliki satu bus

data, satu bus alamat dan satu bus kendali. Dalam mikroprosesor terdapat suatu unit untuk

mengerjakan fungsi - fungsi logika dan aritmetika, register - register untuk menyimpan data

sementara dan unit pengendalian .

Bus data terdiri biasanya 4, 8, 16 atau 32 jalur (bit), 64 bit, tergantung dari jenis

mikroprosesornya. Bus data berfungsi memuat data dari dan ke mikroprosesor. Arah panah

menunjukkan arah data dikirim/diterima.

Bus alamat merupakan bus yang berisi alamat - alamat yang datanya akan dikirim /

diterima oleh mikroprosesor.

Bus kendali digunakan untuk mensinkronkan kerja antara mikroprosesor dengan

dunia luar sistem. Pada beberapa aplikasi ada yang disebut dengan istilah jabat tangan,

seperti misalnya pada penerapan hubungan dengan pencetak (printer).

Dalam sistem kerjanya mikroprosesor didukung oleh unit memori (untuk

menyimpan program tetap/sementara dan menyimpan data), unit masukan dan keluaran

yang berfungsi sebagai antar muka dengan dunia luar. Catu daya, rangkaian pembangkit

9

detak (clock), rangkaian pengawasandi (address decoder), penyangga (buffer) dan penahan

(latch) juga diperlukan mikroprosesor untuk mendukung operasi kerja sebagai satu

rangkaian yang solid.

3. Unit Pemroses Pusat (CPU : Central Processing Unit)

Mikroprosesor berfungsi sebagai unit yang mengendalikan seluruh kerja sistem

mikroprosesor. Fungsi - fungsi mikroprosesor adalah sebagai berikut :

1. Mengambil instruksi dan data dari memori.

2. Memindah data dari dan ke memori.

3. Mengirim sinyal kendali dan melayani sinyal interupsi.

4. menyediakan pewaktuan untuk siklus kerja sistem mikroprosesor.

5. Mengerjakan fungsi - fungsi operasi logika dan aritmetika.

Dalam pelaksanaan fungsi - fungsi tersebut, bagian - bagian mikroprosesor yang

mengerjakan adalah : Pengendalian dan Pewaktuan (control and Timing), ALU (Arithmetic

and Logical Unit) dan Register.

3.1. Pewaktuan dan Pengendalian

Bagian pewaktuan dan pengendalian memiliki fungsi utama untuk mengambil dan

mendekodekan instruksi dari memori program dan membangkitkan sinyal kendali yang

diperlukan oleh bagian lain dari mikroprosesor untuk melaksanakan instruksi tersebut. Pada

bagian pengendalian mengirimkan sinyal kendali eksternal untuk dikirim ke elemen sistem

mikroprosesor yang lain. Bagian pengendalian juga berfungsi untuk menerima sinyal

kendali dari elemen lain dalam sistem mikroprosesor.

3.2. ALU (Arithmetic Logical Unit)

Bagian mikroprosesor yang berfungsi mengerjakan perintah - perintah logika dan

operasi aritmetika adalah ALU. Instruksi dalam operasi ini melibatkan satu atau dua

operand. Operasi ALU menghasilkan juga sinyal status yang dikirim ke register, yaitu sinyal

untuk mengubah status bit - bit flag sesuai hasil operasi suatu instruksi.

10

3.3. Register

Fungsi register digunakan untuk menyimpan data, alamat, kode instruksi dan bit

status berbagai operasi mikroprosesor. Prinsip dari register - register pada berbagai

mikroprosesor adalah sama, namun memiliki perbedaan dalam struktur registernya.

4 Memori

Setiap sistem mikroprosesor memiliki memori, guna menyimpan program dan

datanya. Mikrokontroler memiliki memori internal baik dari jenis memori ROM

maupun RAM. Namun beberapa jenis mikrokontroler tidak memiliki internal ROM, seperti

mikrokontroler yang dipakai pada perancangan alat ini.

4.1. Jenis - Jenis Memori

Memori dalam sistem mikroprosesor digunakan dua jenis memori :

- Memori Tak Mudah Terhapus (non volatile)

- Memori Mudah Terhapus (volatile)

Memori tidak mudah terhapus memiliki karakteristik menyimpan informasi / data

dan selamanya informasi tersebut tidak akan hilang walaupun catu daya sistem

mikroprosesor dimatikan contoh memori tak mudah terhapus adalah ROM dengan jenis

27256. ROM hanya dapat dibaca. Pengisian informasi dalam ROM dilakukan sekali untuk

selamanya. Namun ada jenis ROM yang dapat dihapus dengan menggunakan sinar ultra

violet, dan dapat diisi kembali. Jenis ROM itu seperti yang dipakai pada perancangan alat

ini. Dua jenis memori ROM yang dapat dihapus dan diprogram kembali oleh pemakai yaitu

UV EPROM dan EEPROM. UV PROM dihapus dengan ultra violet dan EEPROM dengan

memberikan level tegangan tertentu.

Memori mudah terhapus memiliki karakteristik yang terbalik dengan memori tak

mudah terhapus. Memori mudah terhapus dapat menyimpan informasi selama catu daya

sistem mikroprosesor belum dimatikan. Informasi akan hilang apabila catu daya memori

dimatikan. Memori jenis ini contohnya adalah RAM, yang dapat ditulisi dan dibaca

berulang - ulang. Memori RAM digolongkan menjadi dua yaitu : memori statik dan memori

dinamik. Pada memori dinamik, informasi disimpan dalam muatan dan muatan akan hilang

bila tidak disegarkan, untuk itu diperlukan suatu rangkaian penyegar di luar memori.

Memori statik tidak memerlukan rangkaian penyegar, sebab informasi pada memori statik

disimpan dalam penahan flip-flop.

11

4.2. Sistem Kerja Memori

Sistem operasi kerja memori, prinsipnya terdiri dari dua yaitu operasi baca dan

operasi tulis. Bila prosesor melakukan perintah baca ke memori maka prosesor mengirimkan

alamat data yang akan diakses, kemudian mengirimkan sinyal kendali read (baca) yang

memerintahkan pada memori untuk mengeluarkan data pada alamat yang ditunjukkan pada

bus data. Operasi tulis yaitu bila prosesor akan menyimpan data, informasi, instruksi atau

kode operasi ke memori.

Dalam operasi tulis data, mikroprosesor terlebih dahulu mengirimkan alamat

melalui bus alamat ke memori, yang menunjukkan lokasi alamat data pada memori yang

akan ditulis. Selanjutnya sinyal write (tulis) dikirimkan yang memberikan perintah kepada

memori untuk menyediakan tempat pada memori untuk data yang ada pada bus data dengan

alamat sesuai yang ditunjukkan pada bus alamat.

Siklus kerja memori diperlihatkan pada gambar berikut,

Data Sahih

AlamatBus Alamat

Sinyal Kendali Baca (RD)

Bus Data /Data Keluar

Gambar 3. Diagram siklus waktu operasi baca dari memori

Penjelasan gambar 3 adalah sebagai berikut :

Mikroprosesor menempatkan alamat data yang akan dibaca pada bus alamat.

Mikroprosesor memberikan pulsa sinyal kendali baca (aktif rendah).

Saat sinyal kendali aktif rendah, data pada bus data siap diambil / dibaca.

Data sahih siap dibaca oleh mikroprosesor

Prosesor mengambil data dari bus data

Sinyal kendali kembali pada level tinggi.

12

Data Sahih

AlamatBus Alamat

Sinyal Kendali Tulis (WR)

Bus DataData Sahih

Gambar 4. Diagram siklus waktu operasi tulis pada memori

Penjelasan dari gambar 4 adalah sebagai berikut :

Mikroprosesor memberikan data yang akan ditulis pada memori pada bus data.

Mikroprosesor selanjutnya memberikan alamat lokasi data pada memori untuk data

yang akan ditulis pada memori ke bus alamat.

Prosesor kemudian memberikan sinyal kendali tulis (aktif rendah) .

Saat sinyal kendali pada posisi rendah, data otomatis ditulis pada memori dengan

alamat lokasi pada alamat yang ditunjukkan bus alamat.

Sinyal kendali kembali ke posisi level tinggi.

Memori siap menerima instruksi selanjutnya.

5. Unit Masukan dan Keluaran

Perantara antara mikroprosesor dengan dunia luar merupakan tugas dari unit

masukan dan keluaran pada suatu sistem mikroprosesor. Tanpa unit masukan dan keluaran

maka data yang diolah hanya berputar - putar dalam sistem mikroprosesor, tanpa ada

keluaran yang dapat diterima lingkungan luar sistem mikroprosesor.

Teknik masukan dan keluaran pada sistem mikroprosesor dapat dibedakan menjadi

dua sistem yaitu :

1). Sistem Paralel

Data masukan / keluaran dikirimkan dalam bentuk delapan bit paralel.

2). Sistem Serial

Data masukan/keluaran dikirim secara bit per bit berurutan melalui satu jalur.

13