PGA (Progamable Gate Array)

FPGA (Field Programmable Gate Array)

FPGA (Field Programmable Gate Array) merupakan sebuah IC yang terdiri dari blok blok logika yang interkoneksinya dapat diprogram. Dengan menggunakan FPGA dapat dilakukan perancangan sistem digital yang kemudian bisa menjadi prototype rancangan sistem yang akan dimanufaktur. Di bawah ini adalah beberapa keunggulan FPGA: • Performansi : kemampuan desin sistem yang dapat beroperasi pada frekuensi yang semakin tinggi. • Kepadatan dan Kapasitas : kemampuan meningkatkan integrasi system, penempatan lebih banyak system di dalam sebuah chip, dan penggunaan seluruh gate yang ada di dalam FPGA yang membuat keefektifan harga perancangan. • Mudah digunakan : kemampuan software yang mudah digunakan untuk perancangan dan kemampuan untuk menambahkan desain baru pada sistem di FPGA yang sama pada saat yang berbeda. Xilinx menggunakan teknologi SRAM untuk menyimpan informasi pemrogramannya. Setelah FPGA diberikan catuan, data program yang mendefinisikan konfigurasi logika harus dimasukkan ke SRAM. Ada banyak cara untuk memasukkan informasi tersebut. Pada FPGA terdapat fungsi logika untuk memasukkan informasi ke FPGA dari sebuah PROM. Setelah informasi pemrograman tersebut dimasukkan, FPGA diubah dari mode pemrograman menjadi mode operasional. Logika tersebut akan berada di FPGA sampai FPGA diprogram ulang atau catuan dimatikan. Perangkat Komputer a. Prosesor Prosesor merupakan piranti yang dapat deprogram untuk melaksanakan sejumlah fungsi dan instruksi. Prosesor 8-bit adalah prosesor yang digunakan untuk memproses data dengan lebar data 8 bit. Dalam sebuah sistem komputer, prosesor disebut sebagai CPU (Central Processing Unit). CPU merupakan bagian dari sistem komputer, dimana selainCPU, pada mikrokomputer juga terdapat memori daninput/output. Mikrokontroler merupakan sistem computer yang seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam satu chip, sehingga sering juga disebut dengan single chip microcomputer. Pada mikrokontroler, CPU, memori, dan I/O terdapat dalam satu chip. b.CPU CPU merupakan otak dari sistem komputer yang bertugas mengeksekusi instruksi, memanipulasi data, melakukan fungsi aritmatika dan logika. CPU juga melakukan pengendalian dan pengaturan seluruh aktivitas mesin. CPU terdiri dari beberapa bagian : ALU (Arithmetic and Logic Unit), CU (Control Unit), Register, dan interkoneksinya. ALU merupakan bagian pengolah bilangan biner dari sebuah prosesor. ALU bertugas melakukan operasi-operasi aritmatika dan logika sesuai dengan instruksi yang diberikan. Komponen dari rangkaian logika pada ALU adalah gerbanggerbang logika AND, OR, XOR, dan NOT yang dihubungkan pada multiplexer. Selain itu juga terdapat juga operasi shifter yang komponen dasarnya adalah multiplexer. Komponen ALU mendapatkan masukan data dari register dan sinyal kontrol dari CU. Untuk operasi ALU dengan dua masukan, diperlukan dua register 8-bit: ACC (accumulator) untuk masukan pertama dan temp (register sementara) untuk masukan kedua. Hasil dari operasi ALU ini adalah data 8-bit yang kemudian diteruskan ke register untuk menyimpan hasil operasi ini. Selain itu juga dihasilkan flag atau bit status. Flag ini akan diteruskan ke register yang menyimpan flag hasil dari operasi ALU. Untuk mempercepat pemrosesan data di dalam prosesor, selain CU dan ALU, prosesor juga membutuhkan memori dengan kecepatan yang sama dengan prosesor. Memori khusus yang diimplementasikan pada prosesor ini disebut register. Komponen utama penyusun register adalah flip-flop. Berdasarkan isinya, register dapat dibedakan menjadi: Register Data, Register Alamat, Register Status (Flag), Register Instruksi. Pada mikroprosessor 8085, terdapat beberapa register utama yang disebut sebagai register yang tampak, yaitu register register yang dapat dimasuki perintah mesin. c. Control Unit Control unit merupakan kunci dari pengoperasian prosesor secara otomatis. Control unit membangkitkan atau mengeluarkan control word untuk mengambil, mengodekan, dan melaksanakan setiap instruksi. Secara umum, proses di dalam control unit dapat diurutkan sebagai berikut: 1. Fetch: Mengambil dan membaca masukan yang berupa kode operasi suatu instruksi, maupun sinyal status/flag. 2. Decode: Mendekodekan masukan masukan tersebut sehingga didapatkan mikroinstruksi yang merupakan control word. 3. Excecution: Mengalirkan control word pada control bus sehingga instruksi akan dieksekusi. d. Memory Memori merupakan media penyimpanan program maupun data. Memori semikonduktor dapat dibedakan menjadi Read Only Memory (ROM) dan Random Access Memory (RAM). ROM adalah memori non-volatil yang digunakan untuk menyimpan data secara permanen. Data yang disimpan hanya dapat dibaca, tidak dapat diubah, dan isinya tidak hilang ketika catuan dimatikan. Sedangkan RAM adalah tempat penyimpanan sementara yang berisi alamat yang isinya dapat dibaca dan dimodifikasi. Memori ini bersifat volatil, isinya akan hilang ketika catuan dimatikan. Memori program merupakan ruang memori yang digunakan untuk menyimpan program yang akan dijalankan oleh prosesor. Memori program bersifat read only memory (ROM). Prosesor hanya bisa membaca isi dari memori program tetapi tidak bisa mengubah isinya. Memori data pada prosesor digunakan untuk menyimpan data-data hasil pemrosesan dari instruksi-instruksi yang dijalankan oleh prosesor. Pada mikrokontroler 8051, memori data internal sebesar 128 byte. Didalamnya terdapat bank register, Spesial Function Register (SFR), dan general-purpose register. e. Input output Terdapat dua jenis interface input dan output pada FPGA untuk komunikasi dengan device di luar FPGA: data port serial dan data port paralel. Interface komunikasi serial biasa disebut UART (Universal Asynchronous Receiver- Transmitter). Sedangkan untuk interface komunikasi parallel disebut PIO (Parallel Input-Output). f. UART UART merupakan suatu piranti asinkron yang memerlukan bit awal dan bit akhir untuk setiap kata digital yang dikirimkan dari dan ke CPU. UART dapat deprogram untuk menentukan mode operasinya. UART memiliki dua mode operasi: 1.Mode pengiriman, dimana UART akan mengambil data paralel dan mengubahnya dalam aliran data seri yang berisi karakter start, stop, dan karakter yang sama. 2.Mode penerimaan, dimana UART akan mengambil aliran bit seri dan mengubahnya ke dalam data paralel. g. Bus Suatu sistem digital pada umumnya memiliki banyak komponen register. Interkoneksi antar komponen diperlukan untuk transfer data dari satu komponen ke komponen yang lainnya. Untuk efesiensi dalam transfer data tersebut digunakan suatu sistem untuk berbagi saluran yang disebut bus. Bus adalah sekelompok kawat penghubung yang digunakan sebagai jalur untuk menyalurkan bit-bit biner. Ada tiga jenis bus pada sistem prosesor : bus data, bus alamat, dan bus kontrol. 1. Bus data digunakan untuk mentransfer data antara CPU dengan elemen elemen lain di dalam sistem. Bus data bersifat bidirectional, bisa menerima data dan juga mengirimkan data. Juga terdapat internal data bus untuk transfer data sesama elemen CPU, yang dihubungkan ke bus data sistem melalui Memory Buffer Register (MBR). MBR merupakan buffer dua arah. 2. Bus alamat membawa alamat dari lokasi memori, untuk mengambil data agar dapat dibaca atau untuk menyimpan agar dapat ditulis. Bus alamat dapat juga mengalamati elemen elemen lain di dalam sistem seperti unit antarmuka masukan/keluaran. Bus alamat dapat membawa 16 bit informasi digital secara serempak. 3.Bus kontrol membawa semua isyarat kontrol dari CPU. Fungsi utama bus kontrol adalah: sinkronisasi memori dan I/O, penjadwalan CPU (misalnya interupsi), dan tugas lain seperti reset dan clock. Sebelum memasuki address bus sistem maupun control bus sistem, informasi terlebih dahulu melewati Memory Address Register (MAR), yang merupakan buffer satu arah.