ARSITEKTUR MIKROPROSESOR

ARSITEKTUR MIKROPROSESOR

            Arsitektur mikroprosesor berkaitan dengan rancangan software dan hardware internal sebuah  mikroprosesor. Ada tiga jenis software arsitektur mikroprosesor yaitu: (1) Complex Instruction Set Computer (CISC), (2) Reduce  Instruction Set Computer (RISC), dan (3) Mikroprosesor Superskalar. Dan ada tiga jenis hardware arsitektur mikroprosesor yaitu: (1) Arsitektur I/O terisolasi, (2) Arsitektur I/O terpetakan dalam Memori, dan (3) Arsitektur Harvard.

            Arsitektur mikroprosesor biasanyaberkaitan dengan bangunan, rancanganatau desain sebuah mikroprosesor. Desainsebuah mikroprosesor dengan ciri-ciri pokok yang sering disebut dengan  featuressebuah mikroprosesor dapat dipelajari dengan baik melalui Internal SoftwareHardware Design.

            Pemahaman dan pengkajian mendalam terhadap rancangan software dan hardware yang disebut juga dengan istilah arsitektur akan sangat membantu dalam pemrograman  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 proses decoding yang dilakukan oleh perangkat  keras mikroprosesor. Disebut internal software karena set instruksi berkaitan langsung dengan perangkat keras yang ada di dalam  mikroprosesor. Setiap perintah dalam set instruksi dikodekan dalam heksa desimal.

Complex Instruction Set Computer (CISC) 

            Pada mulanya dalam industri komputer,  pemrograman dilakukan menggunakan bahasa assembly atau kode-kode bahasa mesin. Pemrograman semacam ini sangat powerful dan 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.

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 :

1.      Instruksi bersifat tunggal

2.      Ukuran instruksi umumnya 4 byte

3.      Jumlah mode pengalamatan (Addresing  mode) lebih sedikit dibawah lima

4.      Tidak ada mode pengalamatan tidak langsung (inderect addresing mode),

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).

Internal Hardware Design

            Internal hardware design berkaitan dengan masalah-masalah  jenis, jumlah, danukuran register serta komponen lainnya. Untuk dapat menginstalasikan sebuah mikroprosesor  dengan komponen lainnya seperti RWM, ROM, dan I/O sebagaikomponen utama dan rangkaian Clock, Reset, Buffer, dan lain-lain sebagaikomponen 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

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.

            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  64 Kilo byte dan jumlah lokasi I/O yang dapat dialamati adalah 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. memori, perangkat I/O harus off. Sebaliknya pada saat mengakses I/O bagian memori harus off. Model arsitektur I/O terisolasi dapat digambarkan seperti Gambar 2.1.

            Konsep arsitektur I/O terisolasi memiliki pengaruh penting pada program komputer yaitu:  Instruksi  yang digunakan untuk mengakses I/O hanya dua kode operasi yaitu IN dan OUT.  Informasi/data yang ada pada akumulator harus dialihkan pada suatu lokasi penyimpanan sementara sebelum ada operasi I/O berikutnya. Perlu ada tambahan instruksi pada program pengalihan data/informasi pada akumulator.

Keuntungan metoda I/O terisolasi :

1.       Komputer dapat mengalihkan informasi/ data ke atau dari CPU tanpa menggunakan memori.

2.      Alamat atau lokasi memori sepenuhnya digunakan untuk operasi memori bukan untuk operasi I/O.

3.      Lokasi memori tidak terkurangi oleh selsel I/O  Instruksi I/O lebih pendek sehingga dapat dengan mudah dibedakan dari instruksi memori.

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.  Sebuah pintu I/O diperlakukan seperti sebuah lokasi memori.

            Keuntungan sistem 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.