Zilog Z80 adalah sebuah mikroprosesor yang didesain dan dijual oleh Zilog mulai Juli 1976. Mikroprosesor ini digunakan secara luas pada komputer desktop maupun komputer embedded. Mikroprosesor ini adalah salah satu CPU yang paling populer sepanjang masa.
Walaupun Zilog mencoba membuat versi 16-bit (Z800 / Z280) dan 32-bit (Z380) dari arsitektur Z-80 yang 8/16-bit, namun chip pengembangan tersebut tidak pernah sukses. Zilog juga berusaha keras menembus pasar workstation dengan Z8000 dan Z80000 32-bit (keduanya secara teknis tidak terkait dengan Z80). Saat ini, Zilog berkonsentrasi pada pasar embedded yang terus berkembang, dan keluarga CPU terbarunya, eZ80 8/16/24-bit, sebuah Z80 yang cepat dengan jangkauan pengalamatan 16 MB, berhasil dengan baik.
Sebuah mikroprosesor (disingkat µP atau uP) adalah sebuah central processing unit (CPU) elektronik komputer yang terbuat dari transistor mini dan sirkuit lainnya di atas sebuah sirkuit terintegrasi semikonduktor.
Sebelum berkembangnya mikroprosesor, CPU elektronik terbuat dari sirkuit terintegrasi TTL terpisah; sebelumnya, transistor individual; sebelumnya lagi, dari tabung vakum. Bahkan telah ada desain untuk mesin komputer sederhana atas dasar bagian mekanik seperti gear, shaft, lever, Tinkertoy, dll.
Evolusi dari mikroprosesor telah diketahui mengikuti Hukum Moore yang merupakan peningkatan performa dari tahun ke tahun. Teori ini merumuskan bahwa daya penghitungan akan berlipat ganda setiap 18 bulan, sebuah proses yang benar terjadi sejak awal 1970-an; sebuah kejutan bagi orang-orang yang berhubungan. Dari awal sebagai driver dalam kalkulator, perkembangan kekuatan telah menuju ke dominasi mikroprosesor di berbagai jenis komputer; setiap sistem dari mainframe terbesar sampai ke komputer pegang terkecil sekarang menggunakan mikroprosesor sebagai pusatnya
Dasar Microprocessor
Terdapat tiga pengertian yang harus dibedakan yakni:
- Mikroprosesor ( CU,ALU,REGISTER)
- Mikrokomputer(MP,MEMORY,I/O)
- Mikrokontroler(MP,MEMORY,I/O,Periferal)
CU : mengontrol fungsi prosesor
Register : penyimpan sementara dalam mikroprosesor
Microprocessor unit
Gambaran atau Features dari sebuah Mikroprosesor dapat dipelajari dengan baik melalui pemahaman dan pengkajian Internal Hardware Design, yang disebut juga dengan istilah Architecture. Internal Hardware design berkaitan dengan masalah-masalah Jenis, Jumlah, dan Ukuran Register serta komponen lainnya.
Sedangkan untuk dapat menginstalasikan sebuah mikroprosesor dengan komponen lainnya seperti RAM, ROM, dan I/O sebagai komponen utama dan rangkaian Clock, Reset, Buffer, dan lain-lain sebagai komponen pendukung diperlukan pemahaman sistem bus yang dimiliki oleh setiap Mikroprosesor.
Register
Register geser yang digunakan pada sistem mikroprosesor sebagai memori penyangga
Prinsip dari operasi rangkaian ini ialah, dengan memakai input kontrol S0,S1, ke 4 multiplekser akan dapat dinyalakan salah satu dari ke 4 masukannya. Kemudian data yang telah dipilih pada input akan muncul pada keluaran. Contohnya , jika masukan paralel E3 sampai E0 dipilih maka data masukan akan dihadirkan secara parallel pada masukan D dari flip-flop. Dengan tepi clock positif selanjutnya, data dimasukkan ke flip-flop dan akan ditampilkan pada keluaran Q3 sampai dengan Q0. Data ini akan tersimpan hingga adanya pulsa clock yang membawa data baru
pada E3 s/d E0 ke dalam register. Dengan kombinasi kontrol S0, S1 yang lain. Input sebelah kanan pada multiplekser dapat dihubungkan ke Output. Data yang akan dimasukkan pada sebelah kiri rangkaian dapat dimasukkan secara serial ke dalam register. Prosesnya adalah sebagai berikut :
jika kombinasi serial 1010 ada pada masukan sebelah kiri, maka pada saat clock pertama nilai 1 akan muncul pada keluran Q0 dan pada masukan yang telah dipilih pada multiplekser selanjutnya. Pada saat clock kedua, keluaran akan menjadi Q0 = 0 dan Q1 =1, sedangkan pada clock ketiga Q0 = 1, Q1 = 0, dan pada Clock ke 4 Q0 = 0, Q1 = 1 , Q2 = 0 dan Q3 = 1.
Kombinasi masukan serial ini telah dibacakan ke register yang ada di sebelah kiri. Data serial yang ada pada masukan sebelah kanan akan di bawa secara analog. Masukan x3 sampai x0 tidak dimasukkan pada contoh ini. Sering untuk menghapus semua flip flop secara bersama sama adalah dengan cara mengeset semua masukan x3 sampai x0 ke logika 0. Jika masukan x semuanya dipilih melalui S0, S1 setelah pulsa clock berikutnya akan mengeset semua keluarn x3 sampai x0 ke logika 0.
Clock
Merupakan bagian dari Sistim Mikroprosesor yang mengatur denyut kerja MPU. Sehingga Frekuensi Clock berkaitan dengan kecepatan kerja komputer. Beberapa jenis MPU ada yang menggunakan detak sistim tunggal dan ada juga sistim ganda (dual fase). Detak dapat dibangkitkan menggunakan sistim diskrit atau IC khusus. Intel memperkenalkan IC 8224 untuk penggerak detak.
ALU DESIGN
Agar mikroprosesor tidak hanya dapat melakukan operasi aritmatika tetapi juga dapat juga melakukan operasi fungsi logika, maka kita harus mengembangkan rangkaian adder/subtractor dengan menambahkan gerbang logika EXOR, OR dan AND serta sebuah multipekser. Dengan adanya tambahan tiga gerbang logika tersebut sekarang operasi logika XOR, OR dan AND dapat dilakukan misalnya
A AND B
A OR B
A XOR B
Masukan kontrol S6 dan S5 adalah kontrol multiplekser yang dipergunakan untuk memilih operasi aritemetika atau logika. Jika S6 = 0 dan S5 = 0 operasi adalah fungsi aritmetika. Pada saat S6 dan S5 pada kondisi yang lain maka operasi adalah fungsi logika dan selama fungsi logika maka kontrol S4 sampai dengan S0 tidak berpengaruh karena kontrol S4 sampai dengan S0 adalah kontrol untuk operasi aritmetika.
Pada prinsipnya dengan kontrol sebanyak 7 bit (S6 sampai dengan S0) sehaarusnya terdapat 27 = 128 variaPerhatikan tabel fungsi adder/subtracter terdapat 32 fungsi dan terjadi pengulangan fungsi yang sama dan sebagian besar tidak begitu penting. Untuk itu kita harus membatasi fungsi yang penting saja dengan cara menggunakan ROM. Didalam ROM disimpan data-data kontrol untuk S6 sampai S0 pada alamat alamat tertentu. Pada rancangan ALU ini kita batasi fungsi yang disediakan adalah 13 fungsi dan dikodekan dalam 4 masukan kontrol
saja yaitu U3 sampai U0. Sesungguhnya dalam ROM U3 smapai U0 ini adalah jalur alamat sedangkan kode operasi adalah data pada suatu lokasi memory. Contoh
untuk instruksi aritmetika A + B kode instruksi dalam table fungsi ALU
adalah U3 = 0, U2 = 1, U1 = 1 dan U0 = 0, kalau kita cermati maka kode
tersebut adalah alamat pada ROM 01012 sedangkan untuk operasi A + Bsi fungsi tetapi tidak semua variasi tersebut diperlukan.
Tabel fungsi ALU
U3 U2 U1 U0 Fungsi keluaran
0 0 0 0 A
0 0 0 1 1
0 0 1 0 A
0 0 1 1 B
0 1 0 0 0
0 1 0 1 A + 1
0 1 1 0 A - 1
0 1 1 1 A + B
1 0 0 0 A - B
1 0 0 1 A AND B
1 0 1 0 A OR B
1 0 1 1 A XOR B
1 1 0 0 - 1
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
Gambar simbol ALU dan System eksekusi untuk ALU
Aritmatic Logic Unit adalah perangkat yang penting dalam sistem digital untuk pengambilan keputusan yang ada hubungannya dengan arimatika komputer. Dasar hitungan yang mendasari adalah penjumlahan ( adder),pengurangan( subtractor),Multyplier ( pengali) ,pembagi ( divider),sum (jumlah) ,Average (rata-rata) dan lain-lain.
Rangkaian untuk aritmatic logic unit
MICRO PROCESSOR Z 80
Chip microprocessor Z 80
Kemasan Mikroprosesor
Ada empat jenis bentuk kemasan Mikroprosesor:
• PDIP: Pastic Dual Inline Package
• PLCC: Plastic J-Lieded Chip Carrier
• TQFP: Plastic Gull Wing Quad Flat Package
• SOIC: Plastic Gull-wing Small Outline.
Pada perencanaan jalannya program dapat dituangkan dalam bentuk aliran program (Flow Chart). Hal yang penting untuk menghindari banyak kesalahan pada flow chart, bahwa masing-masing blok mempunyai sebuah masukan dan sebuah keluaran. Blok masukan-keluaran diagram alir ( flow chart ) Pada struktur program ada 2 bentuk yang boleh digunakan sebagai bangun program.
1. Struktur linier (berurutan/sequens)
2. Struktur Pengulangan (Loop)
Pengulangan program bagian yang dapat dijalankan berulang-ulang disebut sebagai tubuh dari pengulangan. Pada masing-masing pengulangan, minimal ada satu syarat loncat dan pada setiap pelaksanaan pengulangan, syarat loncat tersebut harus diuji.ab
Susunan dan Konfigurasi Pin Z-80 CPU
Keterangan adalah sebagai berikut:
• Mikroprosesor 8 bit dengan arsitektur I/O Terisolasi
• 16 bit Address Bus dengan kemampuan: pengalamatan memori 64 Kbyte, Pengalamatan I/O 256 byte
• 148 instruksi
• 8 buah Register 8 bit sebagai Regiter utama, buah register 8 bit sebagai Register alternatif, 4 buah Register 16 bit, 2 buah Register 8 bit fungsi khusus.
• Frekuensi Clock 2,5 MHz - 4 Mhz
• Komsumsi Daya: Aktif 150 mA
• Kemasan PDIP
Kendali CPU menjalankan fungsi-fungsi sebagai berikut:
• M1* (Machin Cycle One: satu siklus mesin) merupakan pin keluaran aktif rendah/Low jika CPU sedang mengambil sandi operasi instruksi dari memori. Pada saat ini bus alamat berisi alamat memori seperti data yang ada pada Register PC (program counter), dan data bus mengarah masuk.
• MREQ* (Memori Request: pesan memori) merupakan pin Keluaran aktif rendah/Low pada waktu saluran alamat berisi alamat memori
• IORQ* (Input Output Request: pesan Input Output) Keluaran aktif rendah/Low pada waktu saluran alamat A0 s/d A7 berisi alamat I/O
• RD* (Read: Baca) Keluaran aktif rendah/Low pada waktu CPU melakukan operasi baca/memasukkan data
• WR* (Write: Tulis) Keluaran aktif rendah pada waktu CPU melakukan operasi tulis/mengeluarkan data
• RFSH* (Refresh: Penyegaran) Keluaran aktif rendah jika CPU mengeluarkan alamat memori untuk menyegarkan memori mekanik
• HALT* Keluaran aktif rendah pada saat CPU melaksanakan instruksi Halt/berhenti
• WAIT* Masukan dibuat aktif rendah oleh alat luar yang menyela kerja CPU
• INT* (Interrupt: interupsi) Masukan aktif rendah jika ada luar yang meminta layanan interupsi
• NMI* (Non Mascable Interrupt: interupsi yang tidak bisa dihalang) Masukan aktif rendah jika ada selaan yang yang tak dapat dihalangi
• RESET* Masukan dibuat aktif rendah oleh alat luar untuk membuat CPU ada dalam keadaan awal
• BUSRQ* (Buss Request: pesan bus) Sinyal masukan yang dibuat aktif rendah jika ada alat luar yang meminjam bus sistem
• BUSAK* (Bus Akcnowledge) Keluaran aktif rendah yang menandakana CPU mengijinkan peminjaman bus sistem.
Karakteristik Mikroprosesor
Berikut adalah karakteristik penting dari mikroprosesor :
1. 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.
2. 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.
3. Ukuran alamat memori (memory address size): Jumlah alamat memori yang dapat dialamati oleh mikroprosesor secara langsung.
4. Kecepatan clock (clock speed): Rate atau kecepatan clock untuk menuntun kerja mikroprosesor.
5. Fitur-fitur spesial (special features): Fitur khusus untuk mendukung aplikasi tertentu seperti fasilitas pemrosesan floating point, multimedia dan sebagainya
