Sistem Komputer

Sistem Komputer

Sistem Komputer adalah ​​ kumpulan perangkat-perangkat komputer yang saling berhubungan dan berinteraksi satu sama lain untuk melakukan proses pengolahan data, sehingga dapat​​ menghasilkan informasi yang diharapkan oleh penggunanya.

Agar sebuah komputer bisa bekerja dengan baik, maka diperlukan sebuah sistem di dalamnya yang dapat mengatur segala bentuk komputasi mulai dari input, process sampai dengan output.

Untuk menjalankan perintah tersebut maka sebuah sistem komputer sendiri akan melibatkan beberapa komponen seperti software, hardware dan juga brainware. Ketiga komponen tersebut merupakan element penting untuk menghasilkan sebuah informasi yang siap disajikan kepada user.

A. Gerbang Logika 

Gerbang logika atau logic gates adalah proses pengolahan input bilangan biner dengan teori matematika boolean. Seperti yang kita ketahui, bilangan biner sendiri terdiri dari angka 1 dan 0.

Logic gate ini direpresentasikan menggunakan tabel kebenaran. Jika memiliki nilai benar (true) akan ditunjukan dengan angka “1”. Sebaliknya, jika memiliki nilai salah (false) akan ditunjukan dengan angka “0”.

1. Fungsi gerbang logika

Gerbang logika memiliki fungsi untuk melakukan fungsi logika dasar untuk membentuk sirkuit digital yang terintegrasi. Kebanyakan logic gate menggunakan bilangan biner 0 atau 1 bisa juga disebut true atau false. Biasanya terdiri dari dua buah nilai input dan satu nilai output.

2. Tabel kebenaran

Tabel kebenaran adalah tabel yang digunakan untuk melihat nilai kebenaran dari suatu pernyataan. Di sini tabel kebenaran dapat diartikan sebagai tabel yang berisi kombinasi-kombinasi variabel masukan (input) yang menghasilkan keluaran (output) yang logis.

3. Jenis-jenis gerbang logika

Terdapat beberapa jenis logic gate yang umum digunakan. Berikut adalah jenis-jenis gerbang logika dan tabel kebenarannya.

a. Gerbang AND

Jenis pertama adalah gerbang AND. Gerbang AND ini memerlukan dua atau lebih input untuk menghasilkan satu output. Jika semua atau salah satu inputnya merupakan bilangan biner 0, maka outputnya akan menjadi 0. Sedangkan jika semua input adalah bilangan biner 1, maka outputnya akan menjadi 1.

b. Gerbang OR

Jenis kedua adalah gerbang OR. Sama seperti gerbang sebelumnya, gerbang ini juga memerlukan dua input untuk menghasilkan satu output. Gerbang OR ini akan menghasilkan output 1 jika semua atau salah satu input merupakan bilangan biner 1. Sedangkan output akan menghasilkan 0 jika semua inputnya adalah bilangan biner 0.

c.cc. Gerbang NOT

Jenis berikutnya adalah gerbang NOT. Gerbang NOT ini berfungsi sebagai pembalik keadaan. Jika input bernilai 1 maka outputnya akan bernilai 0 dan begitu juga sebaliknya.

d. Gerbang NAND

Selanjutnya adalah gerbang NAND. Gerbang NAND ini adalah gabungan dari gerbang AND dan gerbang NOT. Karena itu output yang dihasilkan dari gerbang NAND ini adalah kebalikan dari gerbang AND.

e. Gerbang NOR

Berikutnya adalah gerbang NOR. Gerbang NOR ini adalah gabungan dari gerbang OR dan gerbang NOT. Sehingga output yang dihasilkan dari gerbang NOR ini adalah kebalikan dari gerbang OR.

f. Gerbang XOR

Jenis berikutnya adalah gerbang XOR. Gerbang XOR ini memerlukan dua input untuk menghasilkan satu output. Jika input berbeda (misalkan: input A=1, input B=0) maka output yang dihasilkan adalah bilangan biner 1. Sedangkan jika input adalah sama maka akan menghasilkan output dengan bilangan biner 0.

g. Gerbang XNOR

Jenis yang terakhir adalah gerbang XNOR. Gerbang XNOR ini memerlukan dua input untuk menghasilkan satu output. Jika input berbeda (misalkan: input A=1, input B=0) maka output yang dihasilkan adalah bilangan biner 0. Sedangkan jika input adalah sama maka akan menghasilkan output dengan bilangan biner 1.

B. Mikrokontroler 

Mikrokontroler adalah sebuah komputer kecil yang dikemas dalam bentuk chip IC (Integrated Circuit) dan dirancang untuk melakukan tugas atau operasi tertentu. Pada dasarnya, sebuah IC Mikrokontroler terdiri dari satu atau lebih Inti Prosesor (CPU), Memori (RAM dan ROM) serta perangkat INPUT dan OUTPUT yang dapat diprogram. Dalam pengaplikasiannya, Pengendali Mikro yang dalam bahasa Inggris disebut dengan Microcontroller ini digunakan dalam produk ataupun perangkat yang dikendalikan secara otomatis seperti sistem kontrol mesin mobil, perangkat medis, pengendali jarak jauh, mesin, peralatan listrik, mainan dan perangkat-perangkat yang menggunakan sistem tertanam lainnya. Penggunaan Mikrokontroler ini semakin populer karena kemampuannya yang dapat mengurangi ukuran dan biaya pada suatu produk atau desain apabila dibandingkan dengan desain yang dibangun dengan menggunakan mikroprosesor dengan memori dan perangkat input dan output secara terpisah.

1. Fungsi Mikrokontroler 

Pada umumnya, suatu perangkat atau sistem yang menggunakan mikrokontroler sebagai pengolah data disebut sebagai embedded system atau dedicated system. Embedded system adalah suatu pengendali yang tertanam pada sistem atau perangkat, sedangkan dedicated system adalah pengendali suatu sistem yang dimaksudkan hanya untuk fungsi tertentu. Sebagai contoh, printer adalah suatu embedded system karena terdapat mikrokontroler di dalamnya sebagai pengendali dan juga dedicated system karena fungsi pengendali tersebut hanya untuk menerima data dan mencetaknya.

Mikrokontroler memiliki beberapa fungsi diantaranya yaitu :

1. Sebagai timer atau pewaktu

2. Sebagai pembangkit osilasi

3. Sebagai Flip-flop

4. Sebagai ADC (Analog to Digital Converter)

5. Sebagai counter atau penghitung

6. Sebagai decoder dan encoder 

Fungsi mikrokontroler ini sering digunakan pada sistem atau perangkat yang dikendalikan secara otomatis. Berikut adalah penggunaan mikrokontroler pada beberapa bidang yaitu :

a. Otomotif 

Penggunaan mikrokontroler dalam bidang otomotif yaitu seperti Engine Control Unit, air bag, antilock braking system, transmisi otomatis, speedometer, navigasi, suspensi aktif, dan yang lainnya.

b. Industri 

Beberapa penggunaan mikrokontroler di bidang industri yaitu untuk aplikasi monitoring, aplikasi data logger, aplikasi kontrol dan otomasi.

c. Perlengkapan Rumah Tangga dan Perkantoran 

Beberapa contoh peralatannya adalah printer, mesin fotokopi, timbangan digital, air conditioner, dan yang lainnya.

d. Ronotika

Dalam bidang robotika mikrokontroler sangat banyak digunakan karena kemampuan yang dimiliki mikrokontroler itu sendiri. Dengan menggunakan mikrokontroler maka beberapa jenis robot seperti robot pemadam api, line follower, dan robot penendang bola dapat dibuat dengan mengkombinasikan beberapa sensor dan aktuator.

2. Jenis Jenis Mikrokontroler

Sebelum mengenal jenis-jenis mikrokontroler yang umum anda harus tahu terlebih dahulu klasifikasi mikrokontroler berdasarkan teknis atau arsitekturnya. Pembagian ini didasarkan terhadap kompleksitas intruksi-intruksi yang diaplikasikan ada mikrokontroler tersebut. Klasifikasi mikrokontroler dari teknis atau arsitektur ada 2, yaitu :

1. CICS (Complex Instruction Set Computing)

CICS memiliki jumlah instruksi yang lebih banyak dan lengkap namun fasilitas internal yang dimiliki minimal dan sederhana (Seri AT89 dengan 255 instruksi). Program assembly pada CICS juga menjadi sangat sederhana karena telah terdapat intruksi yang kompleks.

2. RICS (Reduce Instruction Set Computing)

Kebalikan dari CICS, RICS memiliki jumlah instruksi yang minim dan terbatas namun dengan fasilitas internal yang cukup banyak (Seri PIC16F dengan 30 lebih instruksi). Program assembly yang terdapat pada RICS juga luga lebih komplek karena merupakan intruksi dasar yang umumnya hanya membutuhkan 1 siklus mesin untuk menjalankannya.

a. Jenis – Jenis Mikrokontroler yang Umum digunakan

Berikut adalah macam-macam mikrokontroler yang sering digunakan secara umum, antara lain :

1. Mikrokontroler AVR

Mikrokontroler ALV and Vegard’s Risc prosessor atau yang sering dinamakan dengan AVR merupakan jenis mikrokontroler RISC 8 bit. Karena merupakan termasuk RISC, maka hampir semua kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. AVR merupakan jenis mikrokontroler yang paling banyak digunakan dalam bidang elektronika dan instrumentasi.

Mikrokontroler ini adalah salah satu jenis arsitektur mikrokontroler yang menjadi andalan Atmel. Arsitektur ini didesain dengan berbagai kelebihan dan penyempurnaan dari arsitektur mikrokontroler-mikrokontroler yang telah ada.

Berbagai macam seri mikrokontroler AVR telah diproduksi oleh Atmel dan dipasarkan ke seluruh dunia sebagai mikrokontroler yang bersifat low cost dan high performance. Di Indonesia sendiri, mikrokontroler AVR banyak digunakan karena fitur-fiturnya terbilang lengkap, mudah didapatkan dan harganya yang terjangkau.

Tipe Mikrokontoler AVR

Umumnya, mikrokontroler AVR terbagi menjadi 4 kelas yakni keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMegadan AT86RFxx. Adapun yang membedakan masing-masing kelas tersebut antara lain memori, peripheral, dan fungsinya.

Berikut ini adalah tabel beberapa seri mikrokontroler AVR buatan Atmel beserta dengan fitur dan fungsinya.

Mikrokontroler AVR telah menerapkan konsep arsitektur Harvard yang memisahkan antara memori dan bus untuk data dan program serta menggunakan single level pipelining. Tak hanya itu saja, AVR juga menerapkan RISC sehingga instruksi dapat dijalankan secara sangat cepat dan efisien.

2. Mikrokontroler MCS 51

Mikrokontroler jenis ini termasuk dalam keluarga CISC yang mana hampir semua instruksinya dijalankan dalam 12 siklus clock.

Mikrokontroler jenis ini menggunakan arsitektur Harvard dan pada awalnya MCS51 didesain untuk aplikasi mikrokontroler chip tunggal. Namun demikian mode perluasan mengizinkan sebuah ROM luar 64 kb dan RAM luar 64 kb diberikan alamat dengan cara jalur pemilihan chip yang terpisah untuk akses program dan memori data.

Salah satu kelebihan dari mikrokontroler 8051 adalah pemasukan sebuah mesin pemroses boolean yang mana mengijinkan operasi logika boolean tingkat bit dapat dilakukan secara langsung dan efisien dalam register Internal dan RAM. Untuk itu MSC51 digunakan dalam desain awal sebuah PLC.

MCS51 produksi Atmel terdiri dari 2 versi, yaitu versi 20 kaki dan versi 40 kaki. Semua jenis mikrokontroler MCS51 tersebut dilengkapi dengan Flash PEROM (Programmable Eraseable Read Only Memory) sebagai media memori program dan susunan kaki IC-IC tersebut sama pada tiap versinya.

Perbedaan dari kedua versi mikrokontroler tersebut ada pada kapasitas memori-program, memori data dan jumlah pewaktu 16 bit.

3. Mikrokontroler PIC 

Pada awalnya, PIC merupakan singkatan dari Programmable Interface Controller, namun dengan seiring dengan perkembangannya berubah menjadi Programmable Intelligent Computer.

PIC termasuk jenis mikrokontroler tipe RISC dan menggunakan arstitektur Harvard yang dibuat oleh Microchip Technology. Awal mulanya dikembangkan oleh Divisi Mikroelektronik General Instrument dengan nama PIC1640.

Mikrokontroler PIC merupakan rangkaian tunggal yang berukuran kecil dan berisi memori pengolahan nit, jam dan Input/Ouput dalam satu unit. PIC juga dapat dibeli secara kosongan untuk kemudian diberikan program dengan program kontrol tertentu.

Mikrokontroler jenis ini cukup populer oleh para developer dan para penghbi ngoprek karena biayanya yang cukup terjangkau, ketersediaan dan penggunaan yang luas, database aplikasi yang besar, serta pemrograman melalui hubungan port serial yang terdapat pada komputer.

4. Mikrokontroler ARM 

Mkrokontroler ARM adalah sebuah prosesor dengan arsitektur set instruksi 32bit keluarga RISC yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM atau Advanced RISC Machine sebelumnya lebih dikenal dengan Acorn RISC Machine.

Awalnya ARM Prosessor dikembangkan oleh PC (Personal Computer) oleh Acorn Computers, namun dengan dominasi Intel X86 Proses Microsoft di IBM PC kompatibel menyebabkan Acorn Computer harus gulung tikar.

2. Fitur AVR ATMega328

ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer). Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain :

a. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.

b. 32 x 8-bit register serba guna.

c. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.

d. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.

e. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only

Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.

f.Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB. 

g. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.

h. Master / Slave SPI Serial interface. Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan parallelism. Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU ( Arithmatic Logic unit ) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data. Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X ( gabungan R26 dan R27 ), register Y ( gabungan R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan R30 dan R31 ). Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap alamat memori program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit. Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya. Register – register ini menempati memori pada alamat 0x20h – 0x5Fh. 

Berikut adalah blok diagram AVR mikrokontroler ATmega328p.