Mikrokontroler AVR

Teknologi Informasi & Multimedia#

Materi  : AVR ( Advance Virtual RISC )

Nama Kelompok  :  1. Yohannes Leonard ( 17416788 )
                                 2. Denis Al Malik Aziz  ( 11416816 )
                                 3. Raymond De Lano Kawulusan  ( 16416119 )
                                 4. Dai Muchsin KF  ( 11416666 )

Kelas                    :   4IB02C

AVR

( Advance Virtual RISC )

Mikrokontroler AVR

Kata AVR dapat berarti berasal dari singkatan Alf and Vegard RISC sesuai dengan nama penggagas pertama. Saat ini ada yang menggunakan singkatan dari Advanced Virtual RISC. Menurut Syahrul (2012:2) Mikrokontroler AVR yang menggunakan teknologi Reduce Instruction Set Computer (RISC) dan berarsitektur Harvard ini pertama kali dikembangkan pada tahun 1996 oleh dua orang mahasiswa Norwegian Institute of Technology yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan yang kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh perusahaan Atmel. Seri pertama mikrokontroler AVR yang dikeluarkan adalah mikrokontroler 8-bit dengan nama AT90S8515, dengan konfigurasi pin yang sama dengan mikrokontroler 8051, termasuk bus alamat dan bus data yang termultipleks. Mikrokontroler AVR mempunyai set instruksi yang lebih sedikit dan mode pengalamatannya yang juga sederhana. Dalam AVR dengan arsitektur RISC 8-bit, semua instruksi berukuran 16-bit dan sebagian besar dieksekusi dalam 1 siklus clock kecuali instruksi pencabangan yang membutuhkan 2 siklus clock. Berbeda dengan mikrokontroler MCS-51 misalnya, yang instruksinya bervariasi antara 8-bit sampai 32-bit dan dieksekusi selama 1 sampai 4 siklus mesin, di mana 1 siklus mesin membutuhkan 12 periode clock. Dalam perkembangannya, AVR dibagi menjadi sedikitnya enam kelas yaitu kelompok ATtiny, AT90Sxx, ATmega, AT90CAN, AT90PWM, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah kapasitas memori, peripheral, fungsinya dan beberapa fitur tambahan lainnya. Sedangkan dari segi arsitektur dan set intruksi yang digunakan hampir sama. 6 2.1.1 Arsitektur AVR ATmega8535 Mikrokontroler ATmega8535 merupakan mikrokontroler 8-bit teknologi CMOS dengan konsumsi daya rendah yang berbasis arsitektur enhanced RISC AVR. Dengan eksekusi instruksi yang sebagian besar hanya menggunakan satu siklus clock, ATmega8535 mencapai throughtput sekitar 1 MIPS per MHz yang mengizinkan perancang sistem melakukan optimasi konsumsi daya versus kecepatan pemprosesan. Posesor AVR menggabungkan set instruksi yang kaya dengan 32 register umum (general purpose registes, GPRs). Ke semua 32 register tersebut dikoneksikan langsung dengan Arithmatic Logic Unit (ALU), mengizinkan dua register independen untuk diakses dalam satu instruksi yang dieksekusi dalam satu siklus clock. Arsitektur yang dihasilkan adalah arsitektur yang kode operasinya lebih efisien serta pencapaian troughput nya hingga sepuluh kali lebih cepat daripada mikrokontroler Complex Instruction Set Computer (CISC) konvensional. ATmega8535 menyediakan fitur-fitur: 8K byte memori In-System Programmable Flash dengan kemampuan Read-While-Write, 512 byte EEPROM, 512 byte SRAM, 32 saluran I/O untuk keperluan umum, 32 register GPR, tiga buah flexible Timer/Counter dengan compare mode, interupsi internal dan eksternal, serial programmable USART, satu byte diarahkan untuk Two-wire Serial Interface, 8-kanal ADC 10-bit dengan optional differential input stage dengan programmable gain untuk kemasan TQFP, sebuah programmable Watchdog Timer dengan Internal Oscillator, sebuah SPI port, dan enam software selectable power saving modes. Idle mode menghentikan CPU sementara mengizinkan SRAM, Timer/Counter, SPI port, dan sistem interupsi untuk kontinuitas operasi. Power-down mode menghemat isi-isi register tetapi freezes the Oscillator, melumpuhkan semua fungsi chip lainnya sehingga interupsi berikutnya atau Reset perangkat keras. Pada Power-save mode, timer asinkron tetap beroperasi, mengizinkan pemakai untuk tetap menjaga basis waktu sambil device lainnya sedang tidur. ADC Noise Reduction mode menghentikan CPU dan semua modul I/O kecuali timer asinkron dan ADC, untuk mengurangi switching 7 noise selama konversi ADC berlangsung. Pada Standby mode, osilator kristal/osilator resonator tetap berjalan sementara device lainnya sedang tidur. Hal ini mengizinkan start-up yang sangat cepat yang dikombinasikan dengan konsumsi daya rendah. Pada Extended Standby mode, osilator utama dan timer asinkron tetap berjalan. Pada On-chip ISP Flash mengizinkan memori program untuk deprogram ulang dalam system melalui sebuah antarmuka SPI serial, dengan menggunakan programmer memori nonvolatile konvensional, atau dengan sebuah On-chip Boot program yang sedang beroperasi pada AVR core. Boot program dapat menggunakan antarmuka apapun untuk mengunduh program aplikasi kedalam Application Flash memory. Perangkat lunak pada Boot Flash section akan tetap beroperasi ketika Application Flash Section di-‘update’, menyediakan operasi Read-While-Write yang sebenarnya. Dengan menggabungkan sebuah CPU 8-bit RISC dengan In-System Self-Programble Flashc pada sebuah chip monolithic, Atmel ATmega8535 merupakan mikrokontroler yang tangguh yang menyediakan fleksibilitas tinggi dan solusi biaya efektif untuk berbagai aplikasi control embedded.

Beberapa fitur utama yang tersedia pada ATmega8535 adalah:

1. Port I/O 32 bit, yang dikelompokkan dalam: PortA, PortB, PortC

2. Analog to Digital Converter 10-bit sebanyak 8 input

3. Timer/Counter sebanyak 3 buah

4. CPU 8 bit yang terdiri dari 32 register

5. Watchdog Timer dengan osilator internal

6. SRAM sebesar 512 byte

7. Memori Flash sebesar 8 Kbyte dengan kemampuan read while write

8. Interrupt internal maupun eksternal

9. Port komunikasi SPI

10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi

11. Analog Comparator

12. Komunikasi serial standar USART dengan kecepatan maksimal 2,5Mbps

13. Frekuensi clock maksimum 16 MHz

Mikrokonktroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering disingkat AVR merupakan mikrokonktroler RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock.

Mikrokontroler AVR merupakan salah satu jenis arsitektur mikrokontroler yang menjadi andalan Atmel. Arsitektur ini dirancang memiliki berbagai kelebihan dan merupakan penyempurnaan dari arsitektur mikrokontroler-mikrokontroler yang sudah ada.

Berbagai seri mikrokontroler AVR telah diproduksi oleh Atmel dan digunakan di dunia sebagai mikrokontroler yang bersifat low cost dan high performance. Di Indonesia, mikrokontroler AVR banyak dipakai karena fiturnya yang cukup lengkap, mudah untuk didapatkan, dan harganya yang relatif terjangkau.

A. Varian Mikrokontroler AVR

Antar seri mikrokontroler AVR memiliki beragam tipe dan fasilitas, namun kesemuanya memiliki arsitektur yang sama, dan juga set instruksi yang relatif tidak berbeda. Tabel dibawah ini membandingkan beberapa seri mikrokontroler AVR buatan Atmel.

Keterangan:

• Flashadalah suatu jenis Read Only Memory yang biasanya diisi dengan program hasil buatan manusia yang harus dijalankan oleh mikrokontroler
• RAM (Random Acces Memory) merupakan memori yang membantu CPU untuk penyimpanan data sementara dan pengolahan data ketika program sedang running
• EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) adalah memori untuk penyimpanan data secara permanen oleh program yang sedang running
• Port I/O adalah kaki untuk jalur keluar atau masuk sinyal sebagai hasil keluaran ataupun masukan bagi program
• Timer adalah modul dalam hardware yang bekerja untuk menghitung waktu/pulsa

·         UART (Universal Asynchronous Receive Transmit) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial asynchronous

• PWM (Pulse Width Modulation) adalah fasilitas untuk membuat modulasi pulsa
• ADC (Analog to Digital Converter) adalah fasilitas untuk dapat menerima sinyal analog dalam range tertentu untuk kemudian dikonversi menjadi suatu nilai digital dalam range tertentu
• SPI (Serial Peripheral Interface) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial secara serial synchronous
• ISP (In System Programming) adalah kemampuan khusus mikrokontroler untuk dapat diprogram langsung dalam sistem rangkaiannya dengan membutuhkan jumlah pin yang minimal

B.  Arsitektur Mikrokontroler AVR

Mikrokontroler AVR sudah menggunakan konsep arsitektur Harvard yang memisahkan memori dan bus untuk data dan program, serta sudah menerapkan single level pipelining. Selain itu mikrokontroler AVR juga mengimplementasikan RISC (Reduced Instruction Set Computing) sehingga eksekusi instruksi dapat berlangsung sangat cepat dan efisien. Blok sistem mikrokontroler AVR dapat dilihat dalam Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Blok Diagram Mikrokontroler AVR

Salah satu seri mikrokontroler AVR yang banyak menjadi andalan saat ini adalah tipe ATtiny2313 dan ATmega8535. Seri ATtiny2313 banyak digunakan untuk sistem yang relatif sederhana dan berukuran kecil. Berikut adalah feature-feature mikrokontroler seri ATtiny2313.

• Kapasitas memori Flash 2 Kbytes untuk program
• Kapasitas memori EEPROM 128 bytes untuk data
• Maksimal 18 pin I/O
• 8 interrupt
• 8-bit timer
• Analog komparator
• On-chip oscillator
• Fasilitas In System Programming (ISP)

Sedangkan ATmega8535 banyak digunakan untuk sistem yang kompleks, memiliki input sinyal analog, dan membutuhkan memori yang relatif lebih besar. Berikut adalah feature-feature mikrokontroler seri ATmega8535.

• Memori Flash 8 Kbytes untuk program
• Memori EEPROM 512 bytes untuk data
• Memori SRAM 512 bytes untuk data
• Maksimal 32 pin I/O
• 20 interrupt
• Satu 16-bit timer dan dua 8-bit timer
• 8 channel ADC 10 bit
• Komunikasi serial melalui SPI dan USART
• Analog komparator
• 4 I/O PWM
• Fasilitas In System Programming (ISP)

Sumber :

1. https://www.coursehero.com/file/51031940/BasicAVRprogrammingWAssemby-1docx/

2. https://tulisandhik.blogspot.com/2017/08/pengertian-mikrokontroler-avr.html

3. https://freslypotokatublog.wordpress.com/xi-tkj-1/pengertianfungsijenis-jenis-dan-manfaat-microcontroler/

Pipelining dan RISC

Pipelining dan RISC

Nama     : Yohannes Leonard

Kelas     : 4IB02-C

Npm      : 17416788

PENJELASAN RISC DAN PIPELINING RISC

 A. RISC (Reduced Instruction Set Computer)

          RISC singkatan dari Reduced Instruction Set Computer. Merupakan bagian dari arsitektur mikroprosessor, berbentuk kecil dan berfungsi untuk negeset istruksi dalam komunikasi diantara arsitektur yang lainnya.

Sejarah RISC

            Proyek RISC pertama dibuat oleh IBM, stanford dan UC –Berkeley pada akhir tahun 70 dan awal tahun 80an. IBM 801, Stanford MIPS, dan Barkeley RISC 1 dan 2 dibuat dengan konsep yang sama sehingga dikenal sebagai RISC. 

RISC mempunyai karakteristik :

1. one cycle execution time : satu putaran eksekusi. Prosessor    RISC mempunyai CPI (clock per instruction) atau waktu per instruksi untuk setiap putaran. Hal ini dimaksud untuk mengoptimalkan setiap instruksi pada CPU.

2. large number of registers: Jumlah register yang sangat banyak. RISC di Desain dimaksudkan untuk dapat menampung jumlah register yang sangat banyak untuk mengantisipasi agar tidak terjadi interaksi yang berlebih dengan memory.

3. pipelining:adalah sebuah teknik yang memungkinkan dapat melakukan eksekusi secara simultan.Sehingga proses instruksi lebih efiisien.

    Ciri-ciri :

1.       Instruksi berukuran tunggal

2.      Ukuran yang umum adalah 4 byte

3.      Jumlah pengalamatan data sedikit,

4.      Tidak terdapat pengalamatan tak langsung

5.      Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika

6.      Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi

7.      Tidak mendukung perataan sembarang bagi data untuk operasi load/ store.

8.     Jumlah maksimum pemakaian memori manajemen bagi suatu alamat data adalah sebuah instruksi .

Pengaplikasian RISC yaitu pada CPU Apple

B. PIPELINING RISC

Pengertian pipelining, pipelining yaitu suatu cara yang digunakan untuk melakukan sejumlah kerja secara bersama tetapi dalam tahap yang berbeda yang dialirkan secara kontinu pada unit pemrosesan. Dengan cara ini, maka unit pemrosesan selalu bekerja.

Teknik pipeline ini dapat diterapkan pada berbagai tingkatan dalam sistemkomputer. Bisa pada level yang tinggi, misalnya program aplikasi, sampai pada tingkat yang rendah, seperti pada instruksi yang dijalankan oleh microprocessor.

1. Pengenalan Pipeline

Prosesor Pipeline yang berputar adalah prosesor baru untuk arsitektur superscalar komputasi. Ini didasarkan pada cara yang mudah dan pipeline yang biasa, struktur yang dapat mendukung beberapa ALU untuk lebih efisien dalam pengiriman dari bagian beberapa instruksi. Daftar nilai arus yang berputar di sekitar pipa, dibuat oleh dependensi data lokal. Selama operasi normal, kontrol sirkuit tidak berada pada jalur yang kritis dan kinerja hanya dibatasi oleh data harga. Operasi mengalir dengan interval waktu sendiri. Ide utama dari Pipeline Prosesor yang berputar adalah circular uni-arah mengalir dari memori register oleh pusat waktu logika dan proses secara parallel dari operasi ALU.

2. Instruksi pipeline

Tahapan pipeline :

1.       Mengambil instruksi dan membuffferkannya

2.      Ketika tahapan kedua bebas tahapan pertama mengirimkan instruksi yang dibufferkan tersebut .

3.      Pada saat tahapan kedua sedang mengeksekusi instruksi, tahapan pertama memanfaatkan siklus memori yang tidak dipakai untuk mengambil dan membuffferkan instruksi berikutnya .

Instuksi pipeline:

Karena untuk setiap tahap pengerjaan instruksi, komponen yang bekerja berbeda, maka dimungkinkan untuk mengisi kekosongan kerja di komponen tersebut.Sebagai contoh :

Instruksi 1: ADD  AX, AX

Instruksi 2: ADD EX, CX

Setelah CU menjemput instruksi 1 dari memori (IF), CU akan menerjemahkan instruksi tersebut(ID). Pada menerjemahkan instruksi  1 tersebut, komponen IF tidak bekerja. Adanya teknologi pipeline menyebabkan IF akan menjemput instruksi 2 pada saat ID menerjemahkan instruksi 1. Demikian seterusnya pada saat CU menjalankan instruksi 1 (EX), instruksi 2 diterjemahkan (ID).

SUMBER :

http://malica29.blogspot.com/2013/05/perbedaan-cisc-dan-risc.html

http://andi-granderist.blogspot.com/2013/01/pipelining-risc-dan-prosesor-paralel.html

Arsitektur Family Komputer IBM PC

Arsitektur Family Komputer IBM PC

Nama    : Yohannes Leonard

Kelas    : 4IB02-C

Npm     : 17416788

1. Famili IBM PC dan Turunannya

IBM PC merupakan sebutan untuk keluarga komputer pribadi buatan IBM. IBM PC diperkenalkan pada 12 Agustus 1981, dan "dipensiunkan" pada tanggal 2 April 1987. Komputer personal pertamakali muncul setelah diperkenalkan mikroprosesor, yaitu chip tunggal yang terdiri dari set register , ALU dan unit kontrol computer. IBM PC merupakan arsitektur bus tunggal yang disebut PC I/O Channel BUS atau PC BUS. PC BUS melengkapi PC dengan 8 jalur data, 20 jalur alamat, sejumlah jalur kontrol dan ruang alamat fisik PC adalah 1 MB. 

Sejak diluncurkan oleh IBM, IBM PC memiliki beberapa keluarga, yaitu :

·    IBM 4860 PCjr

·    IBM 5140 Convertible Personal Computer (laptop)

·    IBM 5150 Personal Computer (PC yang asli)

·    IBM 5155 Portable PC (sebenarnya merupakan PC XT yang portabel)

·    IBM 5160 Personal Computer/eXtended Technology

·    IBM 5162 Personal Computer/eXtended Technology Model 286 (sebenarnya merupakan PC AT)

·    IBM 5170 Personal Computer/Advanced Technology

2. Konfigurasi Mikrokomputer Dasar

Berdasarkan UkurannyaBerdasarkan ukurannya, komputer digolongkan ke dalam micro computer (komputer mikro), mini computer (komputer mini), small computer (komputer kecil), medium computer (komputer menengah), large computer (komputer besar) dan super computer (komputer super).1.Micro ComputerMicro Computer (Mikro Komputer) disebut juga dengan nama personal computer (komputer personal) . ukuran main memory komputer mikro sekarang berkisar dari 16 MB sampai lebih dari 128 MB, dengan konfigurasi operand register 8 bit, 16 bit, atau 32 bit. Kecepatan komputer mikro sekarang berkisar 200 Mhz sampai dengan 500 Mhz.Komputer mikro umumnya adalah single-user (pemakainya tunggal), yaitu satu komputer hanya dapat digunakan untuk satu pemakai saja untuk tiap saat.

1. Chipset adalah set dari chip yang mendukung kompatibel yang mengimplementasikan berbagai fungsi tertentu seperti pengontrol interupt, pengontrol bus dan timer.

2. Chip khusus yang di sebut koprosesor yang beroperasi bersama dengan CPU guna meningkatkan fungsionalitasnya

3. Komponen IBM PC

·    Sistem kontrol BUS : Pengontrol BUS, Buffer Data, dan Latches Alamat

·    Sistem kontrol interuppt : Pengontrol Interuppt

·    Sistem kontrol RAM & ROM : Chip RAM & ROM, Decoder Alamat, dan Buffer

·    Sistem kontrol DMA : Pengontrol DMA

·    Timer : Timer Interval Programmable

·    Sistem kontrol I/O : Interface Paralel Programmable

4. Sistem Software

System software adalah abstrak, tidak memiliki bentuk fisik. Software tidak dibatasi oleh material serta tunduk pada hukum-hukum fisika atau oleh proses-proses manufaktur. Pengembangan software serta pengelolaan proyek pengembangan software adalah sulit karena kenyataan-kenyataan sebagai berikut: 

·       Kompleks, sehingga sulit untuk dipahami

·   Tidak tampak, maka pengukuran kualitas software agak   sulit dilakukan dan sulit melacak kemajuan pengembangannya

·       Mudah berubah, karena mudah untuk dimodifikasi namun kita sulit sekali melihat terlebih dahulu konsekuensi dari perubahan-perubahan yang dilakukan. 

·      Software komputer adalah produk yang dihasilkan melalui serangkaian aktivitas proses rekayasa atau pengembangan, yang menghasilkan aktivitas berupa:

·         Dokumen-dokumen yang menspesifikasikan program yang hendak dibangun

·         Program yang dieksekusi komputer

·         Dokumen yang menjelaskan program dan cara kerjanya program

·         System software

·         Penetapan Alamat Port I/O

·         Penetapan Vector Interrupt

·         ROM BIOS

·         Penetapan Alamat Memori

5. Manfaat Arsitektural Arsitek Komputer

Ada empat ukuran pokok yang menentukan keberhasilan arsitektur, yaitu manfaat arsitekturalnya yaitu:

·         Aplicability

·         Maleability

·         Expandibility

·         Comptible

Kinerja Sistem Untuk mengukur kinerja sistem, ada serangkaian program yang standard yang dijalankan yang biasa di sebut Benchmark pada komputer yang akan diuji.

Ukuran Kinerja CPU:

·       MIPS (Million Instruction PerSecond)

·       MFLOP (Million Floating Point PerSecond)

·       VUP (VAX Unit of Performance)

Ukuran Kinerja I/O Sistem:

·      Operasi Bandwith

·      Operasi I/O Perdetik

Ukuran Kinerja Memori:

·           Memoy Bandwith

·           Waktu Akses Memori

·           Ukuran Memori  

·           Biaya Sistem

Biaya dapat diukur dalam banyak cara diantaranya:

·                     Reliabilitas

·                     Kemudahan Perbaikan

·                     Konsumsi daya

·                     Berat

·                     Kekebalan

·                     Interface Sistem Software

SUMBER :

http://icikomputer.blogspot.co.id/2015/09/arsitektur-famili-komputer-ibm.html

https://id.wikipedia.org/wiki/IBM_PC
http://atinursari95.blogspot.co.id/2017/12/arsitektur-family-komputer-ibm-pc.html