1. Sejarah Mikroposesor
Sejarah lahirnya mikroprosesor tidak terlepas dari perkembangan teknologi komponen elektronika. Proses miniaturisasi komponen elektronika terus berlanjut dan peningkatan kepadatan komponen dalam satu “Chip” yang dikenal dengan rangkaian terintegrasi atau “ Integrated Circuit” yang disingkat dengan IC terus bertambah. Sebelum ditemukan mikroprosesor, dahulu digunakan komponen elektronika yang berupa tabung elektron (“ Elektron Tube”). Tabung elektron pertama mulai dikembangkan pada tahun 1904. Perkembangan komponen elektronika yang sangat berarti terjadi pada tahun 1951 yaitu dengan ditemukannya transistor diskrit. Perkembangan komponen elektronika tidak berhenti sampai disini tetapi berlanjut terus pada tahun 1960. Dibuatlah rangkaian terintegrasi yaitu sebuah alat/komponen yang memadukan rangkaian beberapa komponen elektronik dalam satu kemasan. Perkembangan rangkaian terintegrasi ini terus berlanjut dengan makin banyaknya jumlah komponen yang diintegrasikan dalam satu “Chip”.
2. Pengertian
Kalau dilihat dari arti bahasany Micro= Kecil, Processor= Pemproses,
dalam pengertian lain mikro prosesor adalah sebuah kumpulan gerbang logika yang terintegrasi dan tertanam dalam sebuah Chip serta memiliki kemampuan untuk mengolah data.
3. Diagram Blok
Dilihat dari segi arsitekturnya mikroprosesor terdiri dua jenis diagram blok, dua jenis arsitektur ini yang menjadi cikal bakal pengembangan mikroprosesor sampai saat ini
A. Arsitektur Harvard
Sebaliknya, arsitektur Harvard memiliki dua memori yang terpisah satu untuk program (ROM) dan satu untuk data (RAM). Intel 80C51, keluarga Microchip PIC16XX, Philips P87CLXX dan Atmel AT89LSXX adalah contoh dari mikroprosesor yang mengadopsi arsitektur Harvard. Kedua jenis arsitektur ini masing-masing memiliki keungulan tetapi juga ada kelemahannya.
Pada mikroprosesor yang berarsitektur Harvard, overlaping pada saat menjalankan instruksi bisa terjadi. Satu instruksi biasanya dieksekusi dengan urutan fetch (membaca instruksi ), decode (pengalamatan), read (membaca data), execute (eksekusi) dan write (penulisan data) jika perlu. Secara garis besar ada dua hal yang dilakukan prosesor yaitu fetching atau membaca perintah yang ada di memori program (ROM) dan kemudian diikuti oleh executing berupa read/write dari/ke memori data (RAM). Karena pengalamatan ROM dan RAM yang terpisah, ini memungkinkan CPU untuk melakukan overlaping pada saat menjalankan instruksi. Dengan cara ini dua instruksi yang beurutan dapat dijalankan pada saat yang hampir bersamaan. Yaitu, pada saat CPU melakukan tahap executing instruksi yang pertama, CPU sudah dapat menjalankan fetching instruksi yang ke-dua dan seterusnya. Ini yang disebut dengan sistem pipeline, sehingga program keseluruhan dapat dijalankan relatif lebih cepat.
B. Arsitektur Von Neumann
Arsitektur Von Neumann adalah arsitektur komputer yang menempatkan program (ROM=Read Only Memory) dan data (RAM=Random Access Memory) dalam peta memori yang sama. Arsitektur ini memiliki address dan data bus tunggal untuk mengalamati program (instruksi) dan data. Contoh dari mikrokontroler yang memakai arsitektur Von Neumann adalah keluarga 68HC05 dan 68HC11 dari Motorola.
Dengan arsitektur Von Neuman prosesor tidak perlu membedakan program dan data. Prosesor tipe ini tidak memerlukan control bus tambahan berupa pin I/O khusus untuk membedakan program dan data. Karena kemudahan ini, tidak terlalu sulit bagi prosesor yang berarsitektur Von Neumann untuk menambahan peripheral eksternal seperti A/D converter, LCD, EEPROM dan devais I/O lainnya. Biasanya devais eksternal ini sudah ada di dalam satu chips, sehingga prosesor seperti ini sering disebut dengan nama mikrokontroler (microcontroller).
Keuntungan lain dengan arrrsitektur Von Neumann adalah pada fleksibilitas pengalamatan program dan data. Biasanya program selalu ada di ROM dan data selalu ada di RAM. Arsitektur Von Neumann memungkinkan prosesor untuk menjalankan program yang ada didalam memori data (RAM). Misalnya pada saat power on, dibuat program inisialisasi yang mengisi byte di dalam RAM. Data di dalam RAM ini pada gilirannya nanti akan dijalankan sebagai program. Sebaliknya data juga dapat disimpan di dalam memori program (ROM). Contohnya adalah data look-up-table yang ditaruh di ROM. Data ini ditempatkan di ROM agar tidak hilang pada saat catu daya mati. Pada mikroprosesor Von Neumann, instruksi yang membaca data look-up-table atau program pengambilan data di ROM, adalah instruksi pengalamatan biasa.
4. Jenis Mikroprosesor
Jenis mikro prosesor dapat dibedakan dari beberapa kriteria – Berdasarkan Jumlah Bit – Berdasarkan Jumlah BUS – Berdasarkan Kecepatan – Berdasarkan teknologi bahan yang digunakan
– Berdasarkan Perusahaan pembuatnya
Ada dua jenis arsitektur komputer digital yang menggambarkan fungsi dan implementasi sistem komputer. Salah satunya adalah arsitektur Von Neumann yang dirancang oleh ahli fisika dan matematika terkenal John Von Neumann pada akhir 1940-an, dan yang lain adalah arsitektur Harvard yang didasarkan pada komputer berbasis relay asli Harvard Mark I yang menggunakan sistem memori terpisah untuk menyimpan data dan instruksi.
Arsitektur Harvard asli digunakan untuk menyimpan instruksi pada pita dan data yang dilubangi pada penghitung elektro-mekanik. Arsitektur Von Neumann membentuk dasar komputasi modern dan lebih mudah diimplementasikan. Artikel ini membahas dua arsitektur komputer secara terpisah dan menjelaskan perbedaan di antara keduanya.
Apa itu Arsitektur Von Neumann?
Ini adalah desain teoritis berdasarkan konsep komputer program yang tersimpan di mana data program dan data instruksi disimpan dalam memori yang sama.
Arsitekturnya dirancang oleh ahli matematika dan fisika terkenal John Von Neumann pada tahun 1945. Sampai konsep desain komputer Von Neumann, mesin komputer dirancang untuk tujuan tunggal yang telah ditentukan yang akan kekurangan kecanggihan karena pengerjaan ulang manual sirkuit..
Gagasan di balik arsitektur Von Neumann adalah kemampuan untuk menyimpan instruksi dalam memori bersama dengan data di mana instruksi beroperasi. Singkatnya, arsitektur Von Neumann mengacu pada kerangka umum yang harus diikuti oleh perangkat keras, pemrograman, dan data komputer.
Arsitektur Von Neumann terdiri dari tiga komponen berbeda: pusat unit pemrosesan (CPU), unit memori, dan antarmuka input / output (I / O). CPU adalah jantung dari sistem komputer yang terdiri dari tiga komponen utama: Unit Aritmatika dan Logika (ALU), unit kontrol (CU), dan register.
ALU bertanggung jawab untuk melakukan semua operasi aritmatika dan logika pada data, sedangkan unit kontrol menentukan urutan aliran instruksi yang perlu dijalankan dalam program dengan mengeluarkan sinyal kontrol ke perangkat keras.
Register pada dasarnya adalah lokasi penyimpanan sementara yang menyimpan alamat instruksi yang perlu dieksekusi. Unit memori terdiri dari RAM, yang merupakan memori utama yang digunakan untuk menyimpan data dan instruksi program. Antarmuka I / O memungkinkan pengguna untuk berkomunikasi dengan dunia luar seperti perangkat penyimpanan.
Apa itu Arsitektur Harvard?
Ini adalah arsitektur komputer dengan jalur penyimpanan dan sinyal yang terpisah secara fisik untuk data dan instruksi program. Tidak seperti arsitektur Von Neumann yang menggunakan bus tunggal untuk mengambil instruksi dari memori dan mentransfer data dari satu bagian komputer ke yang lain, arsitektur Harvard memiliki ruang memori terpisah untuk data dan instruksi..
Kedua konsepnya sama kecuali cara mereka mengakses memori. Gagasan di balik arsitektur Harvard adalah untuk membagi memori menjadi dua bagian - satu untuk data dan lainnya untuk program. Persyaratan didasarkan pada komputer berbasis relay Mark I Harvard asli yang menggunakan sistem yang akan memungkinkan data dan transfer serta instruksi diambil untuk dilakukan pada saat yang sama.
Desain komputer dunia nyata sebenarnya didasarkan pada arsitektur Harvard yang dimodifikasi dan umumnya digunakan dalam mikrokontroler dan DSP (Digital Signal Processing).
Perbedaan antara Von Neumann dan Arsitektur Harvard
Dasar-dasar Arsitektur Von Neumann dan Harvard
Arsitektur Von Neumann adalah desain komputer teoretis yang didasarkan pada konsep program tersimpan di mana program dan data disimpan dalam memori yang sama. Konsep ini dirancang oleh ahli matematika John Von Neumann pada tahun 1945 dan yang saat ini berfungsi sebagai dasar dari hampir semua komputer modern. Arsitektur Harvard didasarkan pada model komputer berbasis relay asli Harvard Mark I yang menggunakan bus terpisah untuk data dan instruksi.
Sistem Memori Arsitektur Von Neumann dan Harvard
Arsitektur Von Neumann hanya memiliki satu bus yang digunakan untuk pengambilan instruksi dan transfer data, dan operasi harus dijadwalkan karena mereka tidak dapat dilakukan pada saat yang sama. Arsitektur Harvard, di sisi lain, memiliki ruang memori terpisah untuk instruksi dan data, yang secara fisik memisahkan sinyal dan penyimpanan untuk kode dan memori data, yang pada gilirannya memungkinkan untuk mengakses masing-masing sistem memori secara bersamaan..
Pemrosesan Instruksi Arsitektur Von Neumann dan Harvard
Dalam arsitektur Von Neumann, unit pemrosesan akan membutuhkan dua siklus clock untuk menyelesaikan instruksi. Prosesor mengambil instruksi dari memori di siklus pertama dan menerjemahkannya, dan kemudian data diambil dari memori di siklus kedua. Dalam arsitektur Harvard, unit pemrosesan dapat menyelesaikan instruksi dalam satu siklus jika ada strategi perpipaan yang sesuai.
Biaya Arsitektur Von Neumann dan Harvard
Karena instruksi dan data menggunakan sistem bus yang sama dalam arsitektur Von Neumann, ini menyederhanakan desain dan pengembangan unit kontrol, yang pada akhirnya menurunkan biaya produksi menjadi seminimal mungkin. Pengembangan unit kontrol dalam arsitektur Harvard lebih mahal daripada yang sebelumnya karena arsitektur kompleks yang mempekerjakan dua bus untuk instruksi dan data.
Penggunaan Arsitektur Von Neumann dan Harvard
Arsitektur Von Neumann terutama digunakan di setiap mesin yang Anda lihat dari komputer desktop dan notebook hingga komputer dan workstation berkinerja tinggi. Arsitektur Harvard adalah konsep yang cukup baru yang digunakan terutama dalam mikrokontroler dan pemrosesan sinyal digital (DSP).
Von Neumann vs. Harvard Architecture: Comparison Chart
Ringkasan Arsitektur Von Neumann vs. Harvard
Arsitektur Von Neumann mirip dengan arsitektur Harvard kecuali menggunakan bus tunggal untuk melakukan pengambilan instruksi dan transfer data, sehingga operasi harus dijadwalkan. Arsitektur Harvard, di sisi lain, menggunakan dua alamat memori yang terpisah untuk data dan instruksi, yang memungkinkan untuk memasukkan data ke kedua bus secara bersamaan. Namun, arsitektur yang kompleks hanya menambah biaya pengembangan unit kontrol terhadap biaya pengembangan yang lebih rendah dari arsitektur Von Neumann yang kurang kompleks yang menggunakan satu cache tunggal..