Pengertian Mikroprosesor dan Cara Kerja Mikroprosesor - Mikroprosesor merupakan sebuah chip IC atau Sirkuit Terintegrasi yang menggabungkan fungsi utama dari CPU (Central Processing Unit) komputer. Pada umumnya chip IC dalam bahasa Inggris ditulis dengan "Microprocessor". Komponen ini merupakan sebuah perangkat multiguna yang dapat diprogram untuk menerima data digital sebagai input, memprosesnya sesuai dengan instruksi yang tersimpan dalam memorinya dan memberikan hasil sebagai output.
Microprocessor berisi logika kombinasi dan logika digital sekuensi yang beroperasi pada angka dan simbol yang diwakili dalam sistem angka biner. Dalam sebuah IC Microprocessor terdapat ALU (Arithmetic Logical Unit), register, unit kontrol, sistem bus dan jam (clock) untuk melakukan tugas komputasi. Mikroprosesor dapat dikatakan sebagai otak dari semua komputer, baik komputer tersebut berbentuk laptop, desktop maupun server.
Perkembangan Microprocessor dapat ditelusuri mulai dari penemuan komponen IC oleh Fair Child Semikonduktor pada tahun 1959. Kemudian pada tahun 1968, Gordan Moore (ahli kimia), Robert Noyce (fisikawan) dan Andrew Grove (investor) mengundurkan diri dari Fair Child Semikonduktor dan mendirikan perusahaan mereka sendiri yaitu perusahaan INTEL (Integrated Electronics).
Pada tahun 1971, mereka berhasil menciptakan micropocessor pertama yaitu Intel 4004. Prosesor pertama ini hanya bisa mengoperasikan 4 bit dalam satu waktu, sehingga disebut sebagai prosesor sederhana. Prosesor tersebut diaplikasikan dalam kalkulator elektronik portabel.
Intel 8080 menjadi Microprocessor pertama yang diciptakan untuk komputer. Berbeda dengan Intel 4004, 8080 berukuran 8 bit. Microprocessor tersebut dibuat pada tahun 1974 dan diaplikasikan pada Kit Altair buatan MITS pada tahun 1975.
Kit Altair juga merupakan inpirasi terciptanya Personal Computer (PC) pertama, yaitu IBM PC yang dibuat pada tahun 1982. Meski dibuat pada 1982, PC tersebut menggunakan microprocessor Intel 8088 yang dibuat 5 tahun sebelumnya.
Sejak saat itu, micropocessor yang dipakai untuk komputer terus mengalami perkembangan. Ukuran secara fisik semakin kecil, namun performanya selalu mengalami peningkatan.
Fungsi Mikroprosesor
Fungsi utama dari mikroprosesor di dalam komputer adalah mengatur serta mengendalikan seluruh proses sistem. Berikut penjabaran lengkap mengenai fungsi dari mikroprosesor.
- Mengambil perintah dari memori
- Mengambil dan menyimpan data dari atau ke dalam memori
- Memberikan pelayanan terhadap sinyal interupsi dan mengirimkan sinyal untuk mengendalikannya
- Memberikan timing untuk siklus kerja sistem di dalam mikroprosesor
- Menjalankan fungsi operasi aritmatika dan logika
Diagram Blok Mikroprosesor pada Komputer
Sebuah Microprocessor pada dasarnya terdiri dari ALU (Arithmetic Logical Unit), Register Array dan unit pengendali. Berikut diagram blok microprocessor pada komputer.
Cara Kerja Mikroprosesor
Dalam blok diagram mikroprosesor tampak 3 bagian utama yaitu bagian ALU, Register dan Control Unit. Ketiga bagian ini terhubung dengan tiga unit lain dari komputer yaitu memori, input dan output.
Unit input terdiri dari keyboard, microfon, mouse dan sebagainya. Sementara unit output terdiri dari speaker, layar, serta perangkat lain seperti printer.
Mikroprosesor menjalankan sebuah perintah berdasarkan urutan berikut ini, yaitu fetch (penjemputan atau pengambilan perintah dan data yang dibutuhkan), Decode (menerjemahakan kode) dan execute (Menjalankan perintah atau mengeksekusi perintah).
Sebuah Instruksi atau perintah pada awalnya disimpan di Unit Memori secara berurutan (sequential order). Mikroprosesor mengambil atau menjemput perintah tersebut dari memori, dilanjutkan dengan menerjemahkannya dan langkah terakhir tinggal mengeksekusi perintah atau instruksi tersebut hingga mendapatkan instruksi STOP. Setelah rangkaian proses itu berakhir, hasil dikirimkan ke bagian output dalam bentuk biner.
Dintara proses-proses tersebut, terdapat Register Array yang berfungsi untuk menyimpan data sementara sedangkan ALU dalam mikroprosesor digunakan untuk melakukan fungsi-fungsi komputasi.
Istilah-istilah Umum yang digunakan dalam Microprocessor
Berikut beberapa istilah umum yang sering digunakan dalam Microprocessor.
1. BUS
seperangkat konduktor yang dimaksudkan untuk mengirimkan data, alamat atau mengontrol informasi ke berbagai elemen dalam microprocessor. Biasanya mikroprosesor akan memiliki 3 jenis BUS yaitu BUS Data, BUS Kontrol dan BUS Alamat.
2. Instruction Set
Instruction Set atau kelompok instruksi adalah antarmuka antara perangkat keras dan perangkat lunak. Misalnya, instruksi memerintahkan prosesor untuk mengganti transistor yang relevan untuk melakukan pemrosesan data. Misalnya, tambahkan A,B; digunakan untuk menambah dua angka yang tersimpan dalam register A dan B.
3. Word Length
Word Length (panjang kata) adalah jumlah bit dalam BUS data internal yang dapat diproses oleh suatu prosesor pada suatu waktu. Misalnya, prosesor 8-bit akan memiliki BUS data 8-bit, register 8-bit dan akan melakukan pemrosesan 8-bit pada suatu waktu. Untuk melakukan operasi bit yang lebih tinggi (32-bit atau 64-bit), mikroprosesor akan memecahkannya menjadi serangkaian operasi 8-bit.
4. Cache Memory
Cache memory adalah memori akses acak yang terintegrasi ke dalam prosesor. Jadi prosesor dapat mengakses data dalam memori cache lebih cepat daripada RAM biasa. Memori Cache digunakan untuk menyimpan data atau instruksi yang sering dirujuk oleh perangkat lunak atau program selama operasi. Sehingga akan meningkatkan kecepatan operasi secara keseluruhan.
5. Clock Speed
Mikroprosesor menggunakan sinyal clock untuk mengontrol laju instruksi yang dijalankan, menyinkronkan komponen internal lainnya dan untuk mengendalikan transfer data diantara mereka. Jadi clock speed mengacu pada kecepatan di mana microprocessor menjalankan perintah. Biasanya diukur dalam Hertz dan dinyatakan dalam megahertz (MHz), gigahertz (GHz) dan lainnya.
Kelebihan Mikroprosesor
Berikut beberapa kelebihan yang dimiliki mikroprosesor, antara lain:
Biaya rendah (Low Cost) - Microprocessor tersedia dengan biaya rendah karena dikemas dalam teknologi sirkuit terintegrasi. Dengan demikian, biaya sistem komputer akan menjadi lebih rendah dan terjangkau.
Ukuran kecil - Karena teknologi integrasi skala sangat besar dan skala ultra besar, mikroprosesor dapat dibuat dalam ukuran yang sangat kecil sehingga akan mengurangi ukuran seluruh sistem komputer.
Kecepatan tinggi - Chip mikroprosesor dapat bekerja pada kecepatan sangat tinggi karena teknologi yang terlibat didalamnya. Mikroprosesor mampu menjalankan jutaan instruksi per detik.
Konsumsi daya rendah - Mikroprosesor biasanya diproduksi menggunakan teknologi semikonduktor oksida logam (metal oxide semiconductor) yaitu MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) yang bekerja dalam mode saturasi dan mode cut-off sehingga daya yang dikonsumsi menjadi sangat rendah dibandingkan dengan yang lainnya.
Serba guna (Versatile) - Mikroprosesor sangat fleksibel, chip yang sama dapat digunakan untuk sejumlah aplikasi hanya dengan mengubah program (instruksi yang disimpan dalam memori).
Andal (Reliable) - Mikroprosesor sangat andal, tingkat kegagalan sangat sedikit karena teknologi semikonduktor digunakan.
Tidak menghasilkan panas yang berlebihan - Mikroprosesor tidak menghasilkan panas yang berlebihan apabila dibandingakan dengan perangkat tabung vakum.
Portable - Perangkat atau sebuah sistem komputer yang dibuat dengan mikroprosesor dapat dibuat portable karena ukurannya yang kecil dan konsumsi daya rendah.
Perbedaan Mikroprosesor dan Mikrokontroler
Meski sama-sama berguna untuk menjalankan perintah, mikroprosesor dan mikrokontroler memiliki perbedaan yang cukup jauh. Poin-poin dibawah ini akan menjabarkannya.
Mikroprosesor:
- Terdiri dari 3 bagian utama yaitu ALU, Register dan Control Unit.
- RAM besar dipakai untuk program user, sementara ROM kecil untuk hardware interface.
- ROM sudah diisi oleh pihak pabrik atau produsen.
- Menggunakan kode yang banyak dan kompleks.
Mikrokontroler:
- Terdiri dari CPU, memori, I/O seri, I/O paralel, counter timer dan rangkaian clock.
- Kode yang dipakai relatif sederhana dan tidak begitu banyak.
- RAM kecil dipakai untuk menyimpan data sementara.
- Pengguna mengisi sendiri ROM yang ada di mikrokontroler.
Dari poin-poin di atas, maka dapat disimpulkan bahwa mikrokontroler merupakan komponen IC yang menjalankan fungsi pengendali. Didalamnya masih terdapat komponen-komponen lainnya. Contohnya seperti RAM, ADC, CDA dan masih banyak lagi. Pusat pemrosesan data dari mikrokontroler disebut dengan CPU.
Sedangkan mikroprosesor adalah CPU (Control Processing Unit) itu sendiri, sehingga sejarah mikroprosesor dapat disebut sebagai bagian dari mikrokontroler. Mikroprosesor ini memiliki komponen seperti ALU (Aritmatic Logic Unit), register, control unit dan CPU interconnected.
Jenis-Jenis Mikroprosesor
Ada 5 jenis mikroprosesor sejak awal kemunculannya. Jenis mikroprosesor tersebut dikelompokkan berdasarkan jumlah bitnya. Berikut adalah penjelasan mengenai macam-macam mikroprosesor tersebut, diantaranya:
1. Mikroprosesor 4 bit
Mikroprosesor 4 bit merupakan mikroprosesor yang pertama kali dikeluarkan oleh intel, yaitu intel 4004. Sesuai dengan namanya, mikroprosesor ini memiliki memori 4 bit yang dialamatkan pada 4096.
Prosesor 4 bit dibuat menggunakan teknologi P-channel MOSFET. Aplikasi mikroprosesor pertama ini tidak ada pada komputer, melainkan pad kalkulator dan video games.
2. Mikroprosesor 8 bit
Mikroprosesor jenis ini dikembangkan oleh intel karena menyadari bahwa pangsa pasat untuk mikroprosesor 4 bit sudah sangat besar. Berikut beberapa contoh mikroprosesor 8 bit.
- Intel 8008
- Intel 8080
- Intel 8085
3. Mikroprosesor 16 bit
Dikarenakan mikroprosesor 8 bit ini laku keras di pasaran, hal ini membuat intel kembali mengembangkan produk barunya. Kali ini intel membuat mikroprosesor 16 bit. Penambahan bit ini dilakukan karena kebutuhan memori yang juga semakin besar. Berikut beberapa contoh mikroprosesor 16 bit:
- Intel 8086
- Intel 8088
- Intel 80286
4. Mikroprosesor 32 bit
Seiring dengan berkembangnya zaman, maka aplikasi juga turut berkembang dan menuntut perusahaan mikroprosesor mengembangkan produk yang lebih baru. Pada akhirnya intel berhasil meluncurkan mikroprosesor 80386 pada 1086. Prosesor tersebut dilengkapi dengan alamat memori 32 bit serta data bus 32 bit.
Tiga tahun beselang, intel kembali meluncurkan mikroprosesor 32 bit, dimana kali ini diberi nama intel 80486. Mikroprosesor ini dikembangkan dari intel 80386 6 yang ditambah dengan 80387 sebagai numeri prosesor. Intel 80486 ini dilengkapi dengan 8 KB cache memory system.
5. Mikroprosesor 64 bit
Pada tahun 1993, intel kembali meluncurkan mikroprosesor 64 bit, kali ini intel memutuskan untuk tidak menggunakan nama numerik lagi. Hal ini tentu karena sulit untuk diucapkan dan tidak mudah untuk diingat.
Mikroprosesor 64 bit pertama kali diluncurkan dengan nama Pentium. Prosesor tersebut menggunakan teknologi superscalar. Artinya terdapat dua mikroprosesor yang digabung, sehingga dapat menjalankan dua perintah sekaligus.
Komponen Mikroprosesor
Ada 3 komponen utama yang ada dalam mikroprosesor, diantaranya adalah sebagai berikut:
- Register : Berfungsi untuk menyimpan data, kode instruksi, bit status operasi dan alamat untuk sementara waktu.
- Timing and Control Unit : Berfungsi untuk mengambil instruksi dari memori program untuk dikodekan, kemudian membangkitkan sinyal kendali guna menjalankan instruksti tersebut. Sinyal kendali diperlukan oleh bagian lain dari mikroprosesor.
- ALU (Algorithm and Logic Unit) : Berfungsi untuk menjalalnkan operasi yang berhubungan dengan aritmatika dan logika.
Karakteristik Mikroprosesor
Mikroprosesor ini Setidaknya memiliki 6 karakteristik utama, antara lain:
- Internal data bus size/ukuran bus data internal merupakan jumlah saluran yang ada di dalam mikroprosesor untuk menyatakan jumlah bit yang dapat dikirimkan atau ditransfer dari komponen di dalam mikroprosesor.
- External data bus size/ukuran bus data eksternal merupakan jumlah saluran yang ada di bagian luar mikroprosesor untuk transfer data dari atau ke komponen di luarmikroprosesor.
- Memori address size/ukuran alamat memori merupakan jumlah alamat memori yang dapat dituju secara langsung oleh mikroprosesor.
- Clock speed/kecepatan clock yaitu kecepatan clock untuk mengarahkan kerja sebuah mikroprosesor.
- Special features/fitur spesial digunakan untuk mendukung aplikasi-aplikasi tertentu, contohnya seperti floating point, multimedia dan lain sebagainya.
- Mikroprosesor bertugas sebagai pemroses data utama pada sebuah komputer.
Demikianlah pembahasan lengkap mengenai mikroprosesor, mulai dari pengertian, sejarah, diagram blok, prinsip kerja, kelebihn, fungsi, komponen dan karakteristiknya. Semoga tulisan di atas dapat bermanfaat bagi kita semua.