Soal Latihan Sistem Mikroprosesor

Bab I. SEJARAH DAN TEKNOLOGI MIKROPROSESOR

Soal Latihan

1. Uraikan perkembangan mikroprosesor generasi ke tiga ?

          Jawab

     Pada tahun 1975 muncul mikroprosesor generasi ketiga yang dikeluarkan oleh Zilog Inc, yaitu dengan tipe Z80 yang mampu menutup kekurangan dari intel 8080 baik dari segi kecepatan, jumlah instruksi dan kemudahan dalam operasionalnya, dan pada saat itu pula pabrik-pabrik yang lain mulai berlomba-lomba untuk saling mengungguli antara yang satu dengan yang lain. Bahkan dikembangkan pula komputer dalam satu chip (single chip microcomputer) misalnya F8 dari Fairchild dan Mostek 8048 dari Intel dan lain-lainnya.     

2. Jelaskan kerugian dan keuntungan menggunakan mikroprosesor ?

          Jawab

 Beberapa keuntungan dari penggunaan sistem mikroprosesor antara lain:

Ø Sistem mikroprosesor dapat diprogram (programable), sehingga dengan perangkat keras (hardware) yang relatif sama tetapi dapat dipergunakan untuk bermacammacam sistem aplikasi yang berbeda tergantung dari program yang diberikan pada perangkat keras tersebut.

Ø Sistem menjadi lebih handal baik dalam kecepatan maupun ketepatan

Ø Operasional menjadi lebih mudah, bahkan dapat diatur untuk kearah otomasi

Ø Jumlah komponen yang diperlukan semakin sedikit serta daya yang diperlukan semakin kecil pula.

 Disamping keuntungan yang menjanjikan, sistem mikroprosesor juga memiliki kerugian-kerugian sebagai berikut:

Ø Mikroprosesor banyak jenisnya dan antara satu dengan yang lainnya tidak kompatible karena dari segi hardware maupun softwarenya berbeda, sehingga pengembangan sistemnya juga tidak sama

Ø Mikroprosesor mengalami perkembangan yang sangat pesat sehingga suatu sistem mikroprosesor menjadi cepat usang (out of date).

3. Jelaskan keunggulan dan kelemahan teknologi NMOS dan CMOS untuk     
     mikroprosesor ?

Jawab

    * Keunggulan teknologi CMOS

Ø Digunakan untuk menyimpan program konfigurasi program diagnostik dan informasi tanggal dan waktu.

Ø Pembuatan file yang tidak akan hilang meskipun komputer dimatikan.

Ø Sircuit CMOS menggunakan kombinasi MOSFET tipe-n dan tipe-p.

Ø Sensitiv terhadap kerusakan.

Ø CMOS menggunakan sedikit daya.

   * Kerugian teknologi CMOS

Ø Daya nya paling kecil dibanding mikroprosesor lain.

Ø Komposisi dari transistor PMOS menimbulkan resistansi rendah.

       

        * Keunggulan teknologi NMOS

Ø Menggunakan transistor logam MOSFET untuk membentuk fungsi gerbang logika.

Ø Disusun dalam bentuk-bentuk jaringan full down (PDN) diantara keluaran gerbang logika dan tegangan catu negatif.

* Kerugian teknologi NMOS

Ø Borosnya daya statis.

Ø Lambatnya transmisi circuit NMOS dan rendah-tinggi.

Ø Logika yang tak simetris membuat circuit NMOS lebih rentang terhadap desah.

4. Jelaskan keuntungan dan kerugian antara teknologi bipolar dan unipolar ?

          Jawab

        * Keuntungan teknologi bipolar

Ø Tidak ada transistor yang dioperasikan sampai jenuh.

Ø Transistor dapat berganti dengan cepat.

Ø Jumlah masukkan dapat diperbanyak.

  * Kerugian teknologi bipolar

Ø Kebutuhan arusnya yang malar.

Ø Adanya waktu tunda.

Ø Membutuhkan banyak daya.

        * Keuntungan teknologi unipolar

Ø Transistor dengan dioda schottky tidak akan bias jenuh.

Ø Konsumsi arus dan daya rendah.

Ø Bentuk desain sederhana.

        * Kerugian teknologi unipolar

Ø Schottky tidak sensitiv terhadap kerusakan.

Ø Efek strong time menghambat kenaikan tegangan kolektor.

Ø Keluaran dari piranti TTL tidak simetris, antara keadaan fungsi dan rendah tidak simetris.

5. Sebutkan dan jelaskan aplikasi-aplikasi penggunaan mikroprosesor ?

        Jawab

   

Aplikasi penggunaan mikroprosesor diantaranya bidang komputer yaitu mikro komputer, terminal pheripheral.

Bidang jaringan komputer dan komunikasi ; switch, router.

Bidang kedokteran yaitu instrumen kedokteran.

Bidang militer yaitu peluru, kendali dan rudal.

Bidang kedirgantaraan yairu sistem avionik.

Bidang rumah tangga yaitu mesin cuci, microwave.

Bab 2 DASAR-DASAR MIKROPROSESOR

Soal Latihan

1. Jelaskan perbedaan dari mikroprosesor, mikrokomputer dan
    mikrokontroler ?

          Jawab

Ø Mikroprosesor adalah sebuah chip (keping) yang dapat melaksanakan operasi-operasi hitungan, operasi nalar, dan operasi kendali secara elektronis (digital).

Ø Mikrokomputer adalah suatu sistem mikroprosesor, yang minimum terdiri dari chip mikroprosesor (CPU: Central Processing Unit), ROM (Read Only Memori) yang berisi firmeware (Program kendali sistem uP), RAM (Random Access Memori) yang berisi program atau data sementara, dan Piranti input-output (I/O device) yang berguna untuk komunikasi antara sistem mikroprosesor dengan piranti yang dikendalikan.

Ø Mikrokontroler adalah gabungan dari mikroprosesor chip yang didalamnya terkandung sistem interaksi antar mikroprosesor, RAM, ROM, I/O interface dan beberapa peripheral.

2. Sebutkan dan jelaskan saluran-saluran yang terdapat pada mikroprosesor ?

          Jawab

Ø Bus Saluran Alamat/ Address Bus

Saluran alamat (address bus) diperlukan untuk menentukan suatu lokasi alamat memori maupun lokasi alamat dari perangkat input/output (Input Output Interface) yang selalu digunakan dalam suatu sistem mikroprosesor itu sendiri, sebab jumlah saluran yang ada langsung menentukan banyaknya alamat memori (kapasitas memori) yang dapat ditanganinya. Pada awal pengembangannya, mikroprosesor buatan Intel dengan tipe 8008 hanya meiliki empat buah saluran alamat, sehingga total alamat memori yang dapat ditanganinya sebanyak 16384 alamat. Setelah mengalami pengembangan selanjutnya sudah mencapai 16 saluran alamat sehingga mampu menangani 65536 alamat memori. Sifat saluran alamat adalah keluaran, sehingga kendali dilakukan dari mikroprosesor menuju ke perangkat-perangkat VCC + GND ingatan maupun perangkat-perangkat keluaran/masukan (input output peripheral).

                                                                              

Ø Bus Saluran Data/ Data Bus

Data bus (saluran data) diperlukan sebagai jalan masukan atau keluaran data yang berfungsi sebagai instruksi atau penyerta instruksi antara perangkat ingatan dan perangkat I/O dengan CPU. Untuk mikroprosesor Z80 memiliki 8 buah saluran data (D0- D7) atau 8 bit data. Sifat dari saluran data adalah dua arah (bidirectional), jadi arahnya dapat bolak-balik antara mikroprosesor dengan perangkat ingatan maupun perangkat masukan keluaran. Dalam sistem mikrokomputer, data bus dipakai bersamasama antara CPU dengan perangkat-perangkat lainnya agar pengawatan menjadi lebih praktis, sehingga cara penyambungannya secara paralel. Untuk menghindari terjadinya konflik data antara perangkat satu dengan yang lainnya maka berlaku sistem bergantian dan stanby atau kalau perlu keadaan tersebut dapat diatur melalui CPU lewat saluran kendali bus.

Ø Bus Saluran Kendali/ Control Bus

Saluran kendali (Control Bus) digunakan untuk melakukan pengendalian terhadap komponen-komponen pendukung dalam sistem mikroprosesor. Semua aktifitas lalu lintas data maupun pengambilan instruksi ke perangkat ingatan, perangkat keluaran masukan dan lain-lainnya diatur dan dikendalikan lewat saluran kendali tersebut. Pada mikroprosesor saluran-saluran kendali ada dua kelompok yaitu:

o Saluran kendali yang bersifat keluaran, artinya suatu pengendalian yang arahnya dari mikroprosesor menuju ke perangkat pendukung (perangkat ingatan, I/O, dekoder dan lain-lainnya).

o Saluran kendali yang bersifat masukan artinya suatu pengendalian yang arahnya dari perangkat luar mikroprosesor menuju ke mikroprosesor tersebut.

3. Jelaskan sifat dari masing-masing saluran pada mikroprosesor tersebut ?

          Jawab

Untuk memperoleh unjuk kerja yang optimal serta dapat dihubungkan dengan perangkat-perangkat digital yang lain, maka saluran-saluran yang terdapat pada mikroprosesor harus memiliki sifat-sifat atau karakteristik tertentu yang cocok dengan perangkat-perangkat pendukung lainnya. Adapun sifat-sifat saluran sebagai berikut:

o Kompatibel dengan sistem TTL, yaitu menyangkut level

tegangan maupun arus pada kondisi logik 0 dan 1 adalah sesuai dengan sistem TTL. Dengan demikian dapat langsung dihubungkan dengan gerbang-gerbang TTL baik sebagai keluaran maupun sebagai masukan dalam batasan unit loadnya (diperhitungkan kemampuan Fan In dan Fan Out nya).

o Bersifat three state yaitu dalam keadaan menunggu (sifat saluran selain dalam keadaan logik 0 atau logik 1) akan memiliki nilai impedansi yang tinggi terutama pada saluran yang bersifat dua arah, sehingga akan sangat

menghemat serta menyederhanakan sistem pengawatan dengan komponen-komponen yang lainkarena lalu lintas data tidak diperlukan pergantian saluran sehingga penyambungannya dapat diparalelkan.

4. Pada address bus terdapat memori address dan I/O address, jelaskan
    prinsip kerja hal tersebut ?

          Jawab

Ø Prinsip Kerja Memori Adsress

Untuk  enentukkan jumlah total/kapasitas memori yang dapat ditangani oleh suatu mikroprosesor adalah dengan cara menggunakan rumus :

          Jumlah total alamat = 20

Dimana n = jumlah saluran alamat. Misal suatu mikroprosesor memiliki jumlah penyemat 16 saluran maka kapasitas total adalah 2^16= 65536 byte, untuk mencari jumlah saluran dapat dihitung dengan rumus:

          Jumlah saluran alamat = 2 log jumlah total memori

Ø Prinsip Kerja I/O Address

Selain terdapat alamat-alamat yang dapat digunakan untuk menghubungi perangkat ingatan, pada CPU Z80 juga memiliki alamat-alamat yang digunakan untuk keperluan penanganan perangkat-perangkat I/O sebanyak 256 alamat. Sebagaimana pengaturan alamat pada sistem ingatan, maka alamat I/O ditangani oleh address bus bagian bawah (A0 sampai A7) sebanyak 8 saluran. Dalam kode heksadesimal alamat I/O adalah 00-FF. Sedangkan address bus bagian atas (A8-A15) digunakan untuk buffer (penyangga) data. Jadi pada address bus memiliki fungsi ganda sebagai alamat ingatan dan alamat masukan atau keluaran.

5. Dari arsitektur mikroprosesor Z80 terdapat fungsi penting yaitu blok ALU,
    berikan penjelasan dari blok tersebut ?

          Jawab

ALU merupakan singkatan dari Arithmetic Logic Unit yaitu bagian yang berfungsi untuk memproses pengolahan intruksi yang berhubungan dengan proses aritmatika dan logika. Dan juga pada bagian ini merupakan jantung dari CPU serta didalamnya terdapat register A yang berfungsi sebagai accumulator untuk menyimpan hasil akhir dari proses-proses tersebut.

6. Jelaskan fungsi masing-masing kelompok kaki atau pin dari mikroprosesor
    z80 ?

          Jawab

   Fungsi masing-masing kelompok kaki atau pin dari mikroprosesor z80 yaitu:

Ø Address bus Address Bus terdiri dari 16 saluran yang diberikan notasi dari A0-A15 yang merupakan saluran keluaran untuk pengalamatan memori dengan kasitas sebanyak 65536 bytes atau 64 kb.

Ø Data Bus Data bus terdiri dari 8 saluran yang diberikan notasi D0-D7, berfungsi untuk saluran lalu lintas data maupun data instruksi dari mikroprosesor dan sebaliknya.

Ø M1 Merupakan saluran sinyal kontrol keluaran yang apabila berlogika 0 menunjukkan bahwa siklus yang sedang berlangsung adalah siklus pengambilan kode operasi dalam pelaksanaan suatu instruksi.

Ø MREG Singkatan dari memori request, merupakan saluran sinyal kontrol keluaran yang apabila berlogika 0 menunjukkan bahwa bus alamat berisi alamat memori untuk pembacaan ataupun penulisan memori.

Ø IORQ Singkatan dari input output request, merupakan saluran keluaran yang apabila berlogika 0 menunjukkan bahwa bus alamat rendah (A0-A7) berisi alamat I/O untuk pembacaan atau penulisan. Sedangkan bus alamat tinggi (A8-A15) berisi data yang akan dikeluarkan dari akumulator (register A).

Ø RD Singkatan dari read (membaca) sebagai saluran sinyal keluaran yang berfungsi untuk melakukan kendali pada pembacaan memori ataupun perangkat I/O.

Ø WR Singkatan dari write (menulis) sebagai saluran sinyal keluaran yang berfungsi untuk melakukan kendali pada penulisan memori ataupun perangkat I/O.

Ø RFSH Singkatan dari refresh (penyegaran) sebagai sinyal keluaran yang berfungsi untuk memberikan sinyal penyegaran pada memori RAM jenis dinamik.

Ø HALT Merupakan sinyal kontrol keluaran yang akan memberikan level 0 jika instruksi HALT dilaksanakan. pada saat halt CPU akan dilaksanakan instruksi NOP (no operation).

Ø WAIT Merupakan sinyal kontrol masukan. Jika pada saluran ini diberikan logik 0, akan memberitahukan pada CPU bahwa data dari memori ataupun perangkat I/O belum siap untuk ditransfer ke saluran bus data.

Ø INT Merupakan sinyal kontrol masukan. Jika pada saluran ini diberikan logik 0, CPU akan diberitahu bahwa peralatan luar meminta suatu interupsi (sela). Permintaan sela akan ditahan hingga akhir siklus instruksi yang sedang berjalan, dengan syarat bahwa IFF (interupt flip-flop register diset) dan saluran BUSRQ sedang tidak diaktifkan.

Ø NMI Merupakan saluran kontrol masukan. Jika diberi logik 0 akan menyebabkan CPU melaksanakan routin dari NMI pada alamat memori 0066H. Interupsi ini tidak dapat dihalangi baik secara hardware maupun software.

Ø RESET Merupakan sinyal kontrol masukan. Jika diberikan logik 0 akan mereset CPU untuk mengisi register PC dengan 0000H dan semua IFF akan diseble, Register I dan R diisi 0000H. Semua bus dalam keadaan floating. Setelah saluran ini dinonaktifkan kembali maka berarti CPU akan melaksanakan instruksi awal memori seperti ketika sistem dihidupkan pertama kali.

Ø BUSRQ Merupakan sinyal kontrol masukan. Jika diberikan logik 0, berarti merupakan permintaan untuk saluran-saluran bus data, bus saluran alamat dan saluran kontrol untuk menjadi floating (dalam keadaan impedansi tinggi). Kondisi ini biasanya digunakan untuk trasfer data secara langsung antara perangkat-perangkat pendukung mikroprosesor, tanpa melalui CPU (DMA = Direct Memori Acses).

Ø BUSAK Merupakan sinyal kontrol keluaran yang akan memberikan logik 0 sebagai tanda bahwa saluran bus alamat, saluran bus data dan saluran bus kontrol dalam keadaan floating. Jadi saluran ini dapat dijadikan indikator dari aktifitas yang diberikan kepada saluran BUSRQ.

Ø CLK Merupakan saluran masukan untuk clock sistem yang digunakan oleh mikroprosesor dalam melaksanakan proses pengolahan instruksi. Jadi secara total kecepatan kerja akan ditentukan oleh frekuensi clock ini. Besaranya frekuensi untuk mikroprosesor Z 80 adalah 2,5 MHz dan Z80A adalah 4 MHz.

Bab III. MEMORI

Soal Latihan

1. Jelaskan pengertian dari memori ?

          Jawab

Memori merupakan sumberdaya yang bersangkutan dengan ruang atau letak selain sebagai pengingat, memori juga bertindak selaku penyimpan (storage). Ada isi memori yang sudah bersifat tetap, sehingga tidak dapat diubah lagi, ada juga memori yang tidak bersifat tetap. Keluasan ruang memori menyebabkan pencarian pencarian bagian atau letak memori tertentu menjadi tidak mudah.

2. Sebutkan dan jelaskan cara-cara pemuatan informasi ke dalam memori ?

          Jawab

Memori yang mempunyai fungsi utama sebagai penyimpan informasi atau data, maka sudah barang tentu perlu diketahui teknik atau cara pemuatan informasi ke ruang memori yang digunakan. Beberapa cara pemuatan data ke memori adalah :

·        Pemuatan Mutlak

Pemuatan informasi ke memori-kerja, alamat yang tercantum di dalam tata olah sama dengan alamat yang ditempatinya di dalam memori-kerja.

·        Pemuatan Relokasi

Kondisi dimana pemuatan informasi ke memori-kerja, alamat yang tercantum di dalam tataolah tidak mesti sama dengan alamat yang ditempatinya di dalam memori-kerja.

·        Pemuatan Sambung (linker)

Menyambungkan suatu informasi ke informasi lain di dalam memori-kerja. Pemuatan sambung sering digunakan pada tata olah atau penggalan tataolah yang tersimpan di dalam pustaka (library).

·        Pemuatan dinamik (pemuatan tumpang atau overlay)

Jika ukuran tataolah itu melampaui ukuran ruang memorikerja, tataolah dapat dipenggal ke dalam sejumlah segmen. Segmen itulah yang kemudian dimuat ke dalam memori-kerja. Pelaksanaan pekerjaan berlagsung segmen demi segmen.

3. Sebutkan dan jelaskan jenis-jenis dari memori ?

          Jawab

Memori biasa dibedakan menjadi dua macam: ROM dan RAM. Selain itu, terdapat pula memori yang disebut Cache Memory.

  ROM (Read Only Memory)

ROM adalah kependekan dari Read Only Memory, yaitu perangkat keras berupa chip memori semikonduktor yang isinya hanya dapat dibaca. Jenis memori ini datanya hanya bisa dibaca dan tidak bisa ditulis secara berulang-ulang. Memori ini berjenis non-volatile, artinya data yang disimpan tidak mudah menguap (hilang) walaupun catu dayanya dimatikan. Karena itu memori ini biasa digunakan untuk menyimpan program utama dari suatu system, sehingga lebih aman karena tidak takut datanya hilang di

tengah jalan.

·        RAM (Random Access Memory)

RAM merupakan perangkat keras berupa chip memori semikonduktor yang sifat memorinya dapat dibaca dan ditulisi. Jenis memori ini data yang disimpan bisa hilang ditengah proses karena sifat memori ini adalah berjenis volatile, artinya data yang disimpan akan hilang (menguap) jika catu dayanya dimatikan.

4. Apa yang dapat anda jelaskan tentang volatile dan nonvolatile ?

          Jawab

·        Volatile adalah data akan hilang jika sumber listrik dihilangkan.

·         non-volatile tidak akan terpengaruh dengan hilangnya sumber listrik, data akan tetap tersimpan.

5. Untuk meningkatkan kinerja mengakses informasi dari memori utama ditambahkan ceche memori antara memori utama dan register CPU, jelaskan tentang cache memori ?

          Jawab

      Cache memori adalah memori berkapasitor terbatas, berkecepatan tinggi yang lebih mahal dibanding memori utama. Cache memori terletak diantara memori utama dan register CPU dan berfungsi agar CPU tidak langsung mengacu ke memori utama tetapi di cache memori yang kecepatan aksesnya lebih tinggi.