* Mikroprosesor *

Pengertian Mikroprosesor

Kata mikroprosesor dalam pengertian yang lebih luas berarti hanya sebuah CPU. Untuk membentuk sebuah board mikroprosesor yang lengkap blok-blok fungsional seperti memori, dan peripheral lainnya harus dihubungkan secara eksternal ke sebuah chip mikroprosesor. Sistem yang dibangun dengan cara ini disebut sebagai “Single-Board Microcomputer”. Contoh mikroprosesor adalah 8085, 8086 dan 80486.

Salah satu kelas penting lain dari mikroprosesor adalah ‘Bit-Slice Processor’. Istilah bit-slice prosesor berarti bahwa prosesor dapat diinterkoneksikan kedalam bentuk potongan-potongan prosesor yang lebar wordnya dapat ditentukan. Bit-slice prosesor terdiri dari 4 atau 8 bit ALU, register, dan jalur kendali. Jalur kendali terkoneksi pada setiap prosesor-prosesor dan semua prosesor tersebut dapat melakukan operasi yang sama.

Contoh bit-slice prosesor adalah AMD seri 2900. Desain bit-slice prosesor memilki beberapa keuntungan. Keuntungan yang pertama adalah ALU dapat digabungkan untuk membentuk komputer yang bisa mengelola data yang cukup besar dalam satu waktu.

Keuntungan desain bit-slice prosesor lainnya adalah dapat menggunakan teknologi chip bipolar yang sangat cepat. Lebih jauh lagi, desain bit-slicememungkinkan penggunanya membuat set intruksi sendiri untuk aplikasi-aplikasi yang mereka ciptakan.

Mikroprosesor pertama adalah intel 4004 yang dikenalkan tahun 1971, tetapi kegunaan mikroprosesor ini masih sangat terbatas, hanya dapat digunakan untuk operasi penambahan dan pengurangan. Mikroprosesor pertama yang digunakan untuk komputer di rumah adalah intel 8080, merupakan komputer 8 bit dalam satu chip yang diperkenalkan pada tahun 1974. Tahun 1979 diperkenalkan mikroprosesor baru yaitu 8088.

Mikroprosesor 8088 mengalami perkembangan menjadi 80286, berkembang lagi menjadi 80486, kemudian menjadi Pentium, dari Pentium I sampai dengan sekarang, Pentium IV. Untuk lebih lengkapnya, bisa melihat gambar dan tabel di bawah ini :

Perbandingan besar processor

Nama Prosesor	Tahun Keluar	Jumlah Transistor	Micron	Clock speed	Data width	MIPS
8080	1974	6000	6	2 MHz	8	0,64
8088	1979	29.000	3	5 MHz	16 bits, 8 bit bus	0,33
80286	1982	134.000	1,5	6 MHz	16 bits	1
80386	1985	275.000	1,5	16 MHz	32 bits	5
80486	1989	1.200.000	1	25 MHz	32 bits	20
Pentium	1993	3.100.000	0,8	60 MHz	32 bits, 64 bit	100
Pentium II	1997	7.500.000	0,35	233 MHz	32 bits, 64 bit bus	400
Pentium III	1999	9.500.000	0,25	450 MHz	32 bits, 64 bit bus	1.000

Sejarah Mikroprosesor

Sejarah ditemukannya Mikroprosesor Pentium berawal pada tahun 1958, seorang insinyur bernama Jack Kilby yang bekerja pada Texas Intruments mencoba memecahkan masalah dengan memikirkan sebuah konsep menggabungkan seluruh komponen elektronika dalam satu blok yang dibuat dari bahan semikonduktor. Terciptalah chip yang pertama, meskipun masih dengan segala kekurangan dan kelemahannya. Beberapa saat setelah itu, Robert Noyce, yang bekerja pada Fairchild Semiconductor Corporation, menemukan hal serupa, meskipun mereka bekerja pada dua tempat yang berbeda. Sejak penemuan pertama sebuah IC, riset banyak dilakukan untuk menyempurnakan sebuah IC.

Beberapa hal yang cukup penting dalam sebuah IC adalah ukuran dan daya listrik yang dibutuhkan sebuah IC untuk berfungsi dengan baik. Saat ini, sebuah IC yang ukurannya sekitar jari kuku manusia, di dalamnya terdapat ratusan juta komponen yang terintegrasi menjadi satu. Gorden Moore, co-founder perusahaan Intel, pada tahun 1965 memperkirakan bahwa jumlah transistor yang terdapat dalam sebuah IC akan bertambah 2 kali setiap 18 bulan sekali.

Kecenderungan peningkatan jumlah transistor ini telah terbukti setelah sekian lama dan diperkirakan akan terus berlanjut. Sebagai contoh perkembangan IC, sebuah 64-Mbit DRAM yang pertama kali di pasaran pada tahun 1994, terdiri dari 3 juta transistor. Dan microprocessor Intel Pentium 4 terdiri lebih dari 42 juta transistor dan kira-kira terdapat 281 IC didalamnya. Bahkan berdasar pada International Technology Roadmap for Semiconductor (ITRS), diharapkan akan tersedia sebuah chip yang terdiri dari 3 milyar transistor pada tahun 2008. Umumnya, bahan semikonduktor yang digunakan dalam pembuatan IC, adalah silikon. Beberapa bahan lain pun juga memungkinkan untuk digunakan. Proses pembuatan IC sendiri terdiri dari ratusan step. Meskipun proses pembutan hingga siap untuk digunakan sangatlah rumit, namun keuntungan yang didapat dari fleksibilitas sebuah IC dibandingkan dengan jika tidak menggunakan IC.

Jika ditilik dari sejak penemuan sebuah IC, teknologi IC boleh dibilang masih sangat muda. Belum genap setengah abad dari pertama kali diproduksi, IC telah berperan penting dalam peradaban manusia. Seperti komputer misalnya, yang proses utamanya dikontrol oleh ratusan IC. Komputer merupakan hal penting dalam mendukung perkembangan teknologi lainnya. Sudah sepantasnya kita mengucap syukur kepada Tuhan, yang telah mengizinkan perkembangan teknologi terjadi begitu pesatnya, yang akhirnya membawa kemudahan bagi umat manusia. Bayangkan jika pada waktu itu IC tidak ditemukan. Mungkin perkembangan teknologi tidak akan seperti sekarang ini.

IC sendiri dipergunakan untuk bermacam-macam piranti, termasuk televisi, telepon seluler, komputer, mesin-mesin industri, serta berbagai perlengkapan audio dan video. IC sering dikelompokkan berdasar jumlah transistor yang dikandungnya berikut adalah penggolongan IC berdasar jumlah transistor.

* SSI (small-scale integration)

chip dengan maksimum 100 komponen elektronik.
* MSI (medium-scale integration)

chip dengan 100 sampai 3.000 komponen elektronik.
* LSI (large-scale integration)

chip dengan 3.000 sampai 100.000 komponen elektronik.
* VLSI (very large-scale integration)

chip dengan 100.000 sampai 1.000.000 komponen elektronik.
* ULSI (ultra large-scale integration)

chip dengan lebih dari 1 juta komponen elektronik

Sejarah Perkembangan Microprocessor

·   1904 : Dioda tabung pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir John Ambrose Fleming (1849-1945)

·   1906 : ditemukan trioda hasil pengembangan dioda tabung oleh seorang ilmuwan Amerika yang bernama Dr. Lee De Forest. Yang kemudian terciptalah tetroda dan pentode.

Akan tetapi penggunaan dari tabung hampa tersebut tergeser pada tahun 1960 setelah ditemukannya komponen semikonduktor.

·    1947 : Transistor diciptakan di labolatorium Bell.

·   1965 : Gordon Moore dari Fairchild semiconductor dalam sebuah artikel untuk majalan elektronik mengatakan bahwa chip semikonduktor berkembang dua kali lipat setiap dua tahun selama lebih dari tiga dekade.

·  1968 : Moore, Robert Noyce dan Andy Grove menemukan Intel Corp. untuk menjalankan bisnis “INTegrated Electronics.”

· 1969 : Intel mengumumkan produk pertamanya, RAM statis 1101, metal oxide semiconductor (MOS) pertama di dunia. Ia memberikan sinyal pada berakhirnya era memori magnetis.

·   1971 : Intel meluncurkan mikroprosesor pertama di dunia, 4-bit 4004, yang didesain oleh Federico Faggin.

·  1972 : Intel mengumumkan prosesor 8-bit 8008. Bill Gates muda dan Paul Allen coba mengembangkan bahasa pemograman untuk chip tersebut, namun saat itu masih kurang kuat.

·   1974 : Intel memperkenalkan prosesor 8-bit 8080, dengan 4.500 transistor yang memiliki kinerja 10 kali pendahulunya.

·  1975 : Chip 8080 menemukan aplikasi PC pertamanya pada Altair 8800, sekaligus merevolusi PC. Gates dan Allen sukses mengembangkan bahasa dasar Altair, yang kemudian menjadi Microsoft Basic, untuk 8080.

·  1976 : Arsitektur x86 mengalami kemunduran saat Steve Jobs dan Steve Wozniak memperkenalkan Apple II computer dengan menggunakan prosesor 8-bit Motorola 6502.

·  1978 : Intel memperkenalkan mikroprosesor 16-bit 8086 yang kelak menjadi standar industri pada tanggal 8 Juni.

·    1979 : Intel memperkenalkan versi dengan harga yang lebih murah dari 8086, yaitu 8088 dengan 8-bit bus.

·    1980 : Intel memperkenalkan 8087 math co-processor.

·  1981 : IBM memilih 8088 untuk menjalankan PC-nya. Seorang eksekutif Intel kemudian mengatakannya sebagai “Kemenangan besar pertama Intel.”

·   1982 : IBM menandatangani Advanced Micro Devices sebagai sumber kedua Intel untuk mikroprosesor 8086 dan 8088.

·     1982 : Intel memperkenalkan prosesor 16-bit 80286 dengan 134.000 transistor.

·  1984 : IBM mengembangkan PC generasi kedua, 80286-based PC-AT. PC-AT yang menjalankan MS-DOS, kelak menjadi standar PC selama hampir 10 tahun.

·   1985 : Intel keluar dari bisnis RAM dinamis untuk fokus pada mikroprosesor, dan akhirnya ia mengeluarkan prosesor 80386, sebuah chip 32-bit dengan 275.000 transistor dan kemampuan menjalankan berbagai macam program sekaligus.

·    1986 : Compaq Computer melambungkan IBM dengan PC yang didasarkan pada 80386.

·   1987 : VIA Technologies didirikan di Fremont, Calif., mereka akan mejual chip set core logic x86.

·  1989 : 80486 diluncurkan, dengan 1.2 juta buah transistor dan built-in math co-processor.

·   Intel telah memprediksi pengembangan prosesor multicore suatu saat pada tahun 2000-an.

· 1990 : Compaq memperkenalkan server PC pertama, yang dijalankan dengan menggunakan 80486.

·  1993 : Transistor 3.1 juta, prosesor 66-MHz Pentium dengan teknologi superscalar diperkenalkan.

·    1994 : AMD dan Compaq membentuk aliansi untuk mendukung Compaq computer dengan mikroprosesor Am486.

·   1997 : Intel meluncurkan teknologi prosesor 64-bit Epic. Ia juga memperkenalkan MMX Pentium untuk aplikasi prosesor sinyal digital, yang juga mencakup grafik, audio, dan pemrosesan suara.

·    1998 : Intel memperkenalkan prosesor Celeron di bulan April.

·    1999 : VIA mengakuisisi Cyrix Corp. dan Centaur Technology, pembuat prosesor x86 dan x87 co-processor.

·     2000 : Debut Pentium 4 dengan 42 juta transistor.

·     2003 : AMD memperkenalkan x86-64, versi 64-bit dari x86 instruction set.

·     2004 : AMD mendemonstrasikan x86 dual-core processor chip.

·     2005 : Intel menjual prosesor Dual-Core pertamanya.

·     2006 : Dell Inc. mengumumkan akan menawarkan system prosesor berbasis AMD.

·     2006 : Intel Memperkenalkan prosesor core 2 duo di bulan juli.

·     2007 : Intel memperkenalkan prosesor core 2 quad di bulan januari.

Karakteristik Mikroprosesor

Berikut adalah karakteristik penting dari mikroprosesor :

• Ukuran bus data internal (internal data bus size): Jumlah saluran yang terdapat dalam mikroprosesor yang menyatakan jumlah bit yang dapat ditransfer antar komponen di dalam mikroprosesor.
•  Ukuran bus data eksternal (external data bus size): Jumlah saluran yang digunakan untuk transfer data antar komponen antara mikroprosesor dan komponen-komponen di luar mikroprosesor.
•   Ukuran alamat memori (memory address size): Jumlah alamat memori yang dapat dialamati oleh mikroprosesor secara langsung.
• Kecepatan clock (clock speed): Rate atau kecepatan clock untuk menuntun kerja mikroprosesor.
• Fitur-fitur spesial (special features): Fitur khusus untuk mendukung aplikasi tertentu seperti fasilitas pemrosesan floating point, multimedia dan sebagainya.

JENIS-JENIS MIKROPROSESOR

Mikroprosesor dan keluarga komponen sejenis seperti memori dan rangkaian I/O dibuat dengan berbagai teknologi bahan. Beberapa dari teknologi tersebut adalah TTL (Transistor-transistor Logic), STTL (Schottky-clamped TTL), LSTTL ( Low Power STTL), ECL (Emitter Coupled Logic), IIL (Integrated-injection Logic), PMOS (P-Channel Metal Oxide Semiconductor),NMOS (N-Channel Metal Oxide Semiconductor), CMOS (Complementary MOS), dan HSCMOS (High Speed CMOS).

1. Beberapa Jenis Mikroprosesor Atas Dasar Teknologi Bahannya:

Prosesor Teknologi Konsumsi Siklus Daya Instruksi :

·       INTEL 8008 PMOS 420mW 10us

·       INTEL 8085 NMOS 400mW 1,3us

·       INTEL 8028 6HCMOS 2500mW 0,1us

·       RCA 1802C CMOS 400mW 6,4us

·       MOTOROLA MC680 NMOS 600mW 2,0us

·       MOTOROLA MC68000 HCMOS 1750mW 0,08us

·       MOS Technology 6502 NMOS 250mW 3,0us

·       National 32032 HCMOS 1000mW 0,1us

·       Zilog Z80 NMOS 400mW 1,3us

2. Jenis Mikroprosesor Atas Dasar Lebar Bus Data dan Pabrik Pembuatnya :

Prosesor Pabrik Lebar Data Teknologi Tahun

·       4004 INTEL 4-bit PMOS 1971

·       4040 INTEL 4-bit PMOS 1971

·       PPS-4 Rockwell 4-bit PMOS 1972

·       8008 INTEL 8-bit PMOS 1972

·       8080 INTEL 8-bit NMOS 1974

·       F8 Fairchild 8-bit NMOS 1974

·       6800 Motorola 8-bit NMOS 1974

·       Z80 Zilog 8-bit NMOS 1976

·       6801 Motorola 8-bit NMOS 1978

·       6809 Motorola 8-bit NMOS 1978

·       9900 Texas Inst. 16-bit NMOS 1976

·       68000 Motorola 16-bit NMOS

·       Z8000 Zilog 16-bit NMOS

3. Jenis Mikroprosesor Atas Dasar Lebar Bus Datanya Keluarga INTEL dan MOTOROLA

4. Jenis Mikroprosesor Keluarga INTEL Dari Masa ke Masa
              - INTEL 4004, 1971

Mikroprosesor ini dikeluarkan pada tahun 1971oleh Intel Corporation, merupakan mikroprosesor pertama di dunia.

Spesifikasi:

Lebar bus data: 4-bit

·       Clock: 740 KHz

·       Memori program: 4 KB

·       Memori data: 640 bytes

·       Memori Stack: 3-level

·       No interrupts

·       Jumlah pin: 16-pin DIP

- INTEL 4040

Spesifikasi:

·       Lebar bus data: 4-bit

·       Clock: 740 KHz

·       Memori program: 2 x 4 KB

·       Memori data: 640 bytes

·       Memori Stack: 7-level

·       No interrupts

·       Jumlah pin: 24-pin DIP

-  INTEL 8008, Januari 1972

Merupakan mikroprosesor 8-bit yang mampu melaksanakan 48 instruksi dengan ukuran memori 16 Kbyte (16K x 8-bit). Adanya instruksi tambahan menyebabkan prosesor ini dapat diaplikasikan dalam sejumlah aplikasi yang lebih maju.

                - INTEL 8080, November 1973

Merupakan mikroprosesor modern 8-bit yang pertama dan diperkenalkan pada November 1973. Dapat melaksanakan instruksi 10 kali lebih cepat dari 8008.

                - INTEL 8085, 1977

Merupakan versi yang lebih baru dari 8080, diperkenalkan oleh Intel Corporation pada tahun 1977. Tidak ada kemajuan yang berartidari versi ini, menangani jumlah memori yang sama, melaksanakan jumlah instruksi yang sama, kemajuannya hanya pada penambahan 1,3 Us kontroler instruksi yang merupakan komponen eksternal dari sistem berdasar 8080.

                  - INTEL 8086/8088, 1978

Mikroprosesor 8086 dikeluarkan oleh INTEL Corporation pada tahun 1978 dan setahun kemudian 8088. Keduanya merupakan mikroprosesor 16-bit yang melaksanakan instruksi dengan kecepatan sedikitnya 400 ns per instruksi dan mampu menangani alamat memori 1 Mbyte. Teknologi prosesor ini merupakan landasan pengembangan bagi prosesor INTEL berikutnya.

               - INTEL 80286/80386/80486

               - INTEL PENTIUM I/II/III/IV

Keuntungan Dan Kekurangan Mikroprosesor

Keuntungan penggunaan mikroprosesor dalam suatu sistem adalah sebagai berikut :

·   Sistem mikroprosesor bersifat dapat diprogram, jadi dengan mempergunakan perangkat keras yang sama atau hampir sama dapat diperoleh berbagai macam aplikasi yang berbeda dengan hanya mengganti atau mengubah program

·     Sistem mikroprosesor bersifat fleksibel, serbaguna dan dapat untuk minimisasi sistem mikrokomputer

·  Sistem mikroprosesor dapat digunakan pada berbagai jenis peralatan dalam banyak bidang misalnya bidang komunikasi, bidang informatika, kedokteran, laboratorium, nuklir, dll. 

Kerugian penggunaan mikroprosesor tersebut diantaranya :

· Adanya cukup banyak jenis mikroprosesor dengan perangkat keras dan perangkat lunak yang berbeda umumnya tidak kompetibel, tergantung dari pabrik yang membuatnya

·  Setiap jenis mikroprosesor diperlukan suatu sistem pengembangan prosesor yang tertentu pula

·     Kerusakan software berakibat sistem macet dan tidak dapat diperbaiki jika tidak diketahui kode-kodenya

·       Sistem mikroprosesor lebih sensitif terhadap gangguan thero dari luar
Mikroprosesor melakukan operasi aritmatik dan logic. Yang aritmatik contohnya ; penjumlahan, perkalian, dsb., sedangkan logic contohnya ; or not, dll., dan juga mikroprosesor dapat juga melakukan pengendalian terhadap seluruh komputer.

· CU (Control Unit) adalah bagian yang bertanggung jawab mengatur atau mengendalikan kerja antara komponen-komponen antara RAM, ROM sehingga seluruh sistem melaksanakan fungsinya secara tepat dan benar.

·   Register adalah memori yang ada di dalam mikroprosesor dengan kecepatan lebih cepat dibandingan dengan RAM, ROM.

· Clock adalah generator untuk pulsa frekuensi yang besarnya tentu dan mempengaruhi kerjanya proses komputer. Kemampuan clock harus lebih kecil atau sama dengan kemampuan clock dalam komputer.

·   Basis Data adalah kumpulan sejumlah saluran data yang bersifat bidirectional (dua arah bolak balik). Basis data berkembang mulai dari 4 bit, 8, 16 dan 32.

·      Adress Bus adalah kumpulan sejumlah saluran adress yang bersifat directional (satu arah) mulai berkembang dari 16 saluran, 20, 24 dan 32.

• Control Bus adalah sejumlah saluran kontrol yang dipergunakan untuk melakukan sinkronisasi cara kerja mikroprosesor dengan cara kerja komponen-komponen diluar mikroprosesor yang sifatnya satu arah.

Perbedaan mikroprosesor  dan mikrokontroler

Sebelumnya akan dibahas dulu mengenai perbedaan mikroprocessor dan mikrocontroller. Jika kita telaah dari arti katanya maka, microprocessor=pengolah kecil lalu mikrocontroller=pengendali kecil. dari arti diatas sebenarnya sudah bisa diketahui perbedaannya.

Keterangan lebih lanjut:

·       Mikroprosesor bersifat general purpose (berfungsi umum). Seperti arti katanya yaitu pengolah sehingga mikroprosesor hanya berisikan sepaket chip yang hanya berfungsi sebagai pengolah data (terdiri dari ALU, PC, SP, register, clock, interrupt, data/address bus) dari memory. Mikroprosesor tidak memiliki fitur  lainya sehingga untuk dapat beroperasi harus ditambahkan lagi RAM, I/O dan berbagai peripheral atau device lain tergantung penggunaannya. Contoh nya seperti processor INTEL atau AMD pada PC.

Diagram blok sebuah mikroprosesor

·     Mikrokontroler bersifat specific purpose (berfungsi khusus). Seperti arti katanya yaitu pengendali sehingga mikrokontroler berisikan sepaket chip lengkap yang terdiri dari fitur-fitur pengolah data yang juga terdapat dalam mikroprosesor, ditambah RAM, ROM, I/O, dan fitur lain yang terintegrasi di dalamnya. Contohnya dapat ditemui pada perangkat otomotif, mesin industri, elektronik dan perangkat- perangkat lain yang memiliki embedded sistem di dalamnya.

Diagram blok sebuah mikrokontroler