Mikroprosesor, Sistim Mikroprosesor, dan Mikrokontroler

Sejarah Mikroprosesor

Pada tahun 1969 tim insinyur jepang dari sebuah perusahaan BUSICOM
datang ke Amerika Serikat memesan beberapa buah IC untuk membuat
kalkulator. Mereka datang ke Perusahaan INTEL dan Marcian Hoff
adalah orang yang dapat melayani permintaan itu. Sebab ia adalah orang
yang berpengalaman bekerja di bidang komputer. Marcian Hoff memberi
saran agar digunakannya IC yang bekerja berdasarkan program sehingga menjadi lebih sederhana.
Gagasan Marcian Hoff ini berhasil dan mikroprosesor pertama kali lahir. Untuk mewujudkan gagasan
ini Marcian Hoff dibantu oleh Frederico Faggin. Dalam waktu sembilan bulan mereka sukses dan
INTEL memperoleh hak hak atas penjualan temuan IC itu. Pada tahun 1971 keluar mikroprosesor seri
4004 dengan data bus 4 bit dengan kecepatan 6000 operasi per detik. Tidak lama kemudian Perusahaan
Amerika CTC meminta INTEL dan Texas Instrumen untuk membuat mikroprosesor 8 bit. Akhirnya
pada tahun 1972 INTEL dan Texas Instrumen berhasil menciptakan mikroprosesor 8008 dengan
memori 16 Kbyte, 45 instruksi, dan kecepatan 300000 operasi per detik. Mikroprosesor ini menjadi
pendahulu bagi semua mikroprosesor masa kini. INTEL terus melakukan penelitiannya sehingga pada
bulan April 1974 menghasilkan mikroprosesor 8080 dengan kemampuan memori 64 Kbyte dan 75
instruksi. Keberhasilan INTEL diikuti oleh MOTOROLA dengan ciptaannya mikroprosesor 8 bit seri
6800, 6820, dan 6850.

Frederico Faggin meninggalkan INTEL membuat perusahaan sendiri diberi nama ZILOG dan pada
tahun 1976 mengumumkan temuannya sebuah mikroprosesor seri Z-80. Mikroprosesor Z-80
dikembangkan dari rancangan mikrprosesor 8080. Mikroprosesor Z-80 kompatibel dan mampu
menjalankan semua perintah yang ada pada 8080 sehingga Z-80 menjadi mikroprosesor yang tangguh
pada waktu itu.

Mikroprosesor dan Sistim Mikroprosesor

Mikroprosesor dalam perkembangan dunia komputer digital disebut
sebagai Central Processing Unit (CPU). Mikroprosesor diberi
sebutan CPU karena fungsinya sebagai unit pemroses pusat. CPU
bekerja sebagai pusat pemroses dan pengendali bekerjanya sistim
komputer. Sebagai salah satu jenis chip dari berbagai jenis chip yang
telah diproduksi, mikroprosesor sering juga diberi sebutan
Microprocessor Unit (MPU). CPU atau MPU merupakan komponen
utama dari sebuah komputer.

Sebuah mikroprosesor secara internal dikonstruksi dari tiga bagian penting yaitu :

•  Arithmetic Logic Unit (ALU),

• Register Unit (RU), dan

• Control Unit (CU)

Secara ilustratif konstruksi internal sebuah IC mikroprosesor dapat digambarkan seperti
Gambar 1.
Gambar 1. Blok diagram Internal sebuah Mikroprosesor

ALU adalah bagian yang bekerja melaksanakan operasi aritmetika dan operasi logika. Operasi
aritmetika meliputi operasi penjumlahan (ADD atau ADD with Carry), pengurangan (SUB atau SUB
with Borrow), perkalian (MUL), dan pembagian (DIV). Sedangkan operasi logika meliputi operasi
logika AND, OR, XOR, COMPLEMEN, NEGATE. Untuk
mendukung pelaksanaan operasi pada ALU mikroprosesor
membutuhkan sejumlah register. Register adalah sebuah
memori tempat menyimpan data dan tempat menyimpan
hasil operasi. Register khusus yang bekerja sebagai tempat
penampung hasil operasi pengolahan pada ALU disebut
Akumulator. CU mengendalikan aliran data pada bus data
dan bus alamat, kemudian menafsirkan dan mengatur
sinyal yang terdapat pada bus pengendali.
Mikroprosesor sebagai sebuah chip tidak bisa bekera jasendiri. Mikroprosesor memerlukan unit lain yaitu unit memori dan unit I/O. Dengan menggabungkan
CPU, Memory Unit, dan I/O unit terbangun sebuah sistim yang disebut dengan sistim mikroprosesor.
Gambar 2. Blok Diagram Sistim Mikroprosesor

CPU bekerja mengatur pengendalian dan proses alih data yang terjadi dalam sistim mikroprosesor.
Alih data berlangsung melalui saluran yang disebut dengan data bus. Alih data bisa terjadi dari memori
ke CPU atau dari I/O ke CPU atau sebaliknya dari CPU ke memori atau dari CPU ke I/O. Alih data
dari memori atau dari I/O ke CPU dikenal sebagai proses baca (READ). Alih data dari CPU ke
memori atau alih data dari CPU ke I/O dikenal sebagai proses tulis (WRITE). Proses Read atau proses
Write dikendalikan melalui saluran yang disebut dengan Control bus. Bus alamat bekerja mengatur
lokasi alamat memori atau I/O dari mana atau kemana data diambil atau dikirim.
Komputer mikro adalah salah satu contoh jenis sistim mikroprosesor. Untuk membangun fungsi
sebagai komputer mikro, sebuah mikroprosesor juga harus dilengkapi dengan memori, biasanya
memori program yang hanya bisa dibaca (Read Only Memory = ROM) dan memori yang bisa dibaca
dan ditulisi (Read Write Memory = RWM), dekoder memori, osilator, dan sejumlah peralatan input
output seperti port data seri dan paralel. Sebuah komputer mikro dapat digambarkan seperti gambar 3.
Jadi komputer mikro adalah sebuah sistim mikroprosesor.

Gambar 3 menunjukkan CPU bekerja bersama unit memori, unit I/O, peralatan input, dan peralatan output. Pokok dari penggunaan mikroprosesor adalah untuk melaksanakan program, mengambil data, membentuk kalkulasi, perhitungan atau manipulasi data, dan menyimpan hasil perhitungan pada peralatan penyimpan atau menampilkan hasil pada sebuah monitor atau cetak keras. Pada komputer mikro Mikroprosesor berkomunikasi dengan memori dan port I/O juga menggunakan saluran yang disebut dengan bus. Bus ada tiga jenis yaitu bus data, bus alamat, dan bus kendali seperti terlihat pada gambar 3.

Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah komputer mikro dalam satu chip tunggal. Mikrokontroler memadukan CPU, ROM, RWM, I/O paralel, I/O seri, counter-timer, dan rangkaian clock dalam satu chip tunggal. Mikrokontroler berbeda dengan mikroprosesor dalam beberapa hal. Mikrokontroler memadukan memori untuk menyimpan program atau data pheriperal I/O untuk berkomunikasi dengan alat luar. Pemanfaatan mikrokontroler saat sangat populer di bidang kendali dan instrumentasi elektronik. Hal ini terjadi karena mikrokontroler memiliki keunggulan dan kemudahan dalam penggunaannya. Disamping harganya yang sangat murah dibandingkan sistim lainnya. Gambar 4 menunjukkan blok diagram sebuah mikrokontroler.

Gambar 4 Diagram Mikrokontroler

Jika dibandingkan dengan mikroprosesor pada setiap mikrokontroler terdapat unit-unit CPU/MPU,
Memory Unit, I/O Unit yang dihubungkan oleh tiga bus yaitu bys data bus alamat dan bus kendali.
Dengan demikian maka sebuah mikrokontroler adalah sebuah sistim mikroprosesor dalam sebuah
chip tunggal. Dengan menambahkan peralatan input dan peralatan output sebuah mikrokontroler
dapat berfungsi sebagai komputer mikro dalam satu chip tunggal.
Mikrokontroler sebagai sebuah chip telah mengalami perkembangan baik dari sisi arsitektur,
teknologi dan kemampuannya. Struktur internal sebuah mikrokontroler AT89C51 bisa dilihat pada
gambar 5 sebagai contoh kasus.

Gambar 5. Blok Diagram IC Mikrokontroler AT89C51

Sama halnya dengan mikroprosesor, mikrokontroler adalah piranti yang dirancang untuk kebutuhan
umum. Penggunaan pokok dari mikrokontroler adalah untuk mengontrol kerja mesin atau sistim
menggunakan program yang disimpan pada sebuah ROM.
Untuk melihat perbedaan konsep diantara mikroprosesor dan mikrokontroler di bawah ini ditunjukan
tabel perbandingan konfigurasi, arsitektur, dan set instruksi diantara mikroprosesor Z-80 CPU dengan
mikrokontroler AT89C51.

  Tabel 1. Perbandingan Konfigurasi Z-80 CPU dan AT89C51

Sebagai catatan dari tabel 1 ini, jika dilakukan perbandingan tidaklah menunjukkan bahwa satu lebih
baik dari lainnya. Kedua rancangan memiliki penekanan tujuan yang berbeda. Mikrokontroler
dilengkapi dengan port I/O, memori, timer, dan counter.

Survey Mikrokontroler

Seperti halnya sebuah mikroprosesor, mikrokontroler juga berkembang sesuai rancangan dan modelmodel
aplikasinya. Mikrokontroler berdasarkan jumlah bit data yang dapat diolah dapat dibedakan
dalam :

• Mikrokontroler 4 Bit

• Mikrokontroler 8 Bit

• Mikrokontroler 16 Bit

• Mikrokontroler 32 Bit

Mikrokontroler 4 Bit

Mikrokontroler 4 bit merupakan mikrokontroler dengan jumlah bit data terkecil. Mikrokontroler jenis
ini diproduksi untuk meminimalkan jumlah pin dan ukuran kemasan.
Tabel 2 Contoh Mikrokontroler 4 bit

Mikrokontroler 8 Bit

Mikrokontroler 8 bit merupakan mikrokontroler yang paling banyak digunakan untuk pekerjaanpekerjaan
perhitungan skala kecil. Dalam komunikasi data, Data ASCII serial juga disimpan dalam
ukuran 8 bit. Kebanyakan IC memori dan fungsi logika dibangun menggunakan data 8 bit sehingga
interface bus data menjadi sangat mudah dibangun.
Penggunaan mikrokontroler 8 bit jauh lebih banyak dibandingkan dengan mikrokontroler 4 bit.
Aplikasinya juga sangat pariatif mulai dari aplikasi kendali sederhana sampai kendali mesin
berkecepatan tinggi.

Mikrokontroler 16 Bit

Keterbatasan-keterbatasan yang ada pada mikrokontroler 8 bit berkaitan dengan semakin kompleknya
pengolahan data dan pengendalian serta kecepatan tanggap/respon disempurnakan dengan
menggunakan mikrokontroler 16 bit. Salah satu solusinya adalah dengan menaikkan kecepatan clock,
dan ukuran data. Mikrokontroler 16 bit digunakan untuk mengatur tangan robot, dan aplikasi Digital
Signal Processing (DSP).

Mikrokontroler 32 Bit

Mikrokontroler 32 bit ditargetkan untuk aplikasi Robot, Instrumen cerdas, Avionics, Image
Processing, Telekomunikasi, Automobil, dan sebainya.Program-program aplikasinya bekerja dengan
sistim operasi.

Data Sheet Mikrokontroler

Data sheet sebuah mikrokontroler memuat informasi tentang Feature, deskripsi, konfigurasi pin, blok
diagram, deskripsi fungsi masing-masing pin, organisasi memori termasuk register, pemrograman
memori, karakteristik AC dan karakteristik DC. Gambar 6 menunjukkan salah contoh bentuk bagian
depan data sheet mikrokontroler AT89S51. Data sheet dapat diakses dari berbagai sumber seperti buku
teks, kumpulan buku data sheet, berbagai situs di internet.