TKC241 – Perancangan Mikroprosesor (TA 2018/2019)

Kredit:3 SKS Kuliah, 0 SKS Praktikum (Kuliah Pilihan)
Kuliah Prasyarat:TKC305 Sistem Digital Lanjut, TKC215 Arsitektur Komputer
Dosen:Eko Didik Widianto (Lab Embedded, Siskom Undip)
email: didik@at@live(dot)undip(dot)ac(dot)id
Metode pembelajaran:tatap muka (3 x 50 menit), presentasi materi, diskusi, tugas, presentasi kelompok
Durasi:±14 Minggu

Jadwal

  • Hari Senin jam 13.40 – 15.20, Ruang D205

Pengumuman

  • (11/02/2019) Kuliah perdana akan diadakan hari Senin, 11 Februari 2019 jam 11.10 – 13.40 di Ruang D205

Deskripsi Kuliah

Kuliah ini merupakan kuliah pilihan di program studi Teknik Komputer, yang mempelajari tentang perancangan mikroprosesor baik untuk keperluan khusus (dedicated processor) maupun keperluan umum (general-purpose processor). Mikroprosesor dirancang menggunakan kode HDL (Verilog) dan diimplementasikan di atas board FPGA Xilinx Spartan3E.

Mata kuliah ini mempunyai prasyarat mata kuliah TKC305 Sistem Digital Lanjut yang mempelajari tentang teknik perancangan blok rangkaian digital pembangun komputer menggunakan HDL dan TKC215 Arsitektur Komputer yang mempelajari struktur dan operasi mikroprosesor.

Topik bahasan dalam kuliah ini meliputi:

  1. metodologi desain mikroprosesor dan teknologi implementasi
  2. rangkaian digital dan modul HDLnya: kombinasional dan sekuensial
  3. komponen mikroprosesor: unit kontrol dan datapath
  4. mikroprosesor tujuan khusus (ASIC, application specific integrated circuit)
  5. mikroprosesor tujuan umum (GP processor, general purpose processor)

Capaian Pembelajaran Mata Kuliah

Setelah menyelesaikan kuliah ini, mahasiswa akan mampu:

  1. mengimplementasikan metodologi desain mikroprosesor menggunakan HDL dan FPGA;
  2. mengimplementasikan komponen kombinasional dan sekuensial menggunakan HDL tersintesis;
  3. mengaplikasikan komponen-komponen tersebut untuk menyusun unit kontrol dan datapath dalam sebuah mikroprosesor;
  4. merancang dan mengevaluasi mikroprosesor untuk keperluan khusus dan mikroprosesor untuk keperluan umum;

Ketentuan dan Sistem Evaluasi

NoEvaluasiBobot
1Tugas dan Presentasi60%
2Ujian Tengah Semester
3Ujian Akhir Semester40%

Buku Acuan/Referensi

  1. Enoch O. Hwang: Digital Logic and Microprocessor Design with VHDL/Verilog, Cengage Learning, 2005
  2. Peter J. Ashenden, Digital Design: An Embedded Systems Approach Using Verilog/VHDL, Morgan Kaufmann, 2008
  3. Instalasi Xilinx ISE Webpack (Linux). Dokumen ini dapat diterapkan juga di Windows
  4. Verilog Tutorial (online): http://www.asic-world.com/verilog/veritut.html
  5. The von Neumann Computer Model. http://www.c-jump.com/CIS77/CPU/VonNeumann/lecture.html

Rencana Pembelajaran

Kegiatan kuliah direncanakan selama 14 kali pertemuan (tidak termasuk UTS dan UAS)

#BahasanReferensi
1Pendahuluan Perancangan Mikroprosesor

Mikroprosesor * Level abstraksi desain: perilaku, gerbang dan transistor * Pengantar HDL (Hardware Description Language)
Sintesis

Kompetensi Dasar/KD1. Mahasiswa mampu:

  1. [C2] menjelaskan komponen rangkaian mikroprosesor
  2. [C2] menjelaskan level abtraksi dalam desain
  3. [C2] menjelaskan macam-macam HDL
  4. [C2] menjelaskan tentang proses sintesis dan mengapa desain harus dapat disintesis
 [1] Bab 1
2Metodologi Desain Prosesor dengan HDL
Metodologi desain mikroprosesor di atas PLD (Xilinx FPGA) * IDE Xilinx ISE Webpack dan Xilinx FPGA * Konstrain dan optimasi desain
Simulasi dan testbench * Implementasi ke FPGAKompetensi Dasar/KD2:

  1. [C3] menerapkan metodologi untuk mengembangkan sistem digital menggunakan device FPGA jika diberikan suatu kebutuhan rancangan;
  2. [C3] menggunakan program Xilinx ISE Webpack untuk merancang sistem digital dengan benar;
  3. [C3] melakukan optimasi desain berdasarkan konstrain yang diberikan
  4. [C3] membuat testbench dan melakukan simulasi dari desain sederhana
  5. [C3] mengimplementasikan desain ke FPGA Xilinx
[2] Bab 10

[3]

[4]

3Rangkaian Kombinasional dan Implementasinya

Multiplekser/Demultiplekser * Enkoder/Dekoder * Dekoder 7-segmen * Buffer tiga keadaan * ALU (Arithmetic Logic Unit) * Komparator

Kompetensi Dasar/KD3:

  1. [C3] membuat modul HDL Verilog untuk elemen-elemen rangkaian kombinasional tersebut dengan tepat (dapat disintesis)
  2. [C4] mensimulasikan dan menganalisis desain HDL tersebut
  3. [C5] mensintesis dan mengimplemnetasikan desain rangkaian kombinasional ke FPGA Xilinx
  4. [C6] mengevaluasi desain rangkaian tersebut
[1] Bab 3

[2] Bab 2

4Latch, Flip-flop dan Implementasinya

Latch * Flip-flop * Latch data dan flip-flop data * Masukan enable * Masukan asinkron * Masalah pewaktuan

Kompetensi Dasar/KD4:

  1. [C2] menjelaskan perbedaan latch dan flip-flip dengan tepat
  2. [C2] menjelaskan fungsi karakteristik latch dan flip-flop data dengan tepat
  3. [C3] membuat modul HDL untuk latch dengan/tanpa masukan enable dan masukan asinkron
  4. [C4] menganalisis masalah pewaktuan sebagai konstrain desain
[1] Bab 6

[2] Bab 4.1

5Mesin Keadaan Terbatas (FSM, Finite State Machine)

FSM Moore * FSM Mealy * HDL FSM

Kompetensi Dasar/KD5:

  1. [C3] menerapkan model-model FSM untuk mendesain rangkaian sekuensial sinkron berupa modul serial adder dan counter
  2. [C6] mengevaluasi desain rangkaian sekuensial sinkron yang diimplementasikan menggunakan DFF
 [1] Bab 7
6Rangkaian Sekuensial
Register data * Register geser * Pencacah maju/mundur * SRAM (static random access memory)Kompetensi Dasar/KD6:

  1. [C2] menjelaskan struktur dan fungsi register dan shift register
  2. [C2] menjelaskan struktur dan fungsi pencacah n-bit, baik pencacah maju dan/atau mundur, sinkron atau asinkron
  3. [C3] memprogram modul Verilog untuk register dan register geser
  4. [C3] memprogram modul Verilog untuk pencacah naik dan/atau turun, sinkron atau sinkron
  5. [C4] mensimulasikan modul-modul tersebut
  6. [C5] membuat modul-modul HDL tersintesis untuk register dan counter dengan fungsi serupa dengan IC seri 74xx
  7. [C3] SRAM (Static Random Access Memory)
 [1] Bab 8

[2] Bab 4.2

7Datapath

Desain datapath khusus * Aplikasi datapath khusus * Desain datapath umum * Aplikasi datapath umum

Kompetensi Dasar/KD7:

  1. [C2] menjelaskan langkah-langkah desain datapath keperluan khusus
  2. [C4] mendesain modul HDL untuk datapath keperluan khusus
  3. [C6] merancang dan mengevaluasi datapath khusus, misalnya IF-THEN-ELSE
  4. [C2] menjelaskan langkah-langkah desain datapath keperluan umum
  5. [C4] mendesain modul HDL untuk datapath keperluan umum
  6. [C6] merancang dan mengevaluasi datapath umum
 [1] Bab 9
8Unit Kontrol

Menyusun unit kontrol * Membangkitkan sinyal status * Permasalahan pewaktuan * Kontroler stand-alone * Diagram ASM (algorithmic state machine) dan tabel aksi keadaan

Kompetensi Dasar/KD8:

  1. [C2] menjelaskan komponen-komponen dalam unit kontrol
  2. [C4] mendesain modul HDL untuk unit kontrol
  3. [C4] mendesain modul HDL untuk unit membangkitkan sinyal status
  4. [C4] menganalisis masalah pewaktuan dalam desain
  5. [C4] menyusun diagram ASM dan tabel aksi keadaan
  6. [C6] merancang dan mengevaluasi sebuah kontroler mandiri (stand-alone)
 [1] Bab 10
9,10Mikroprosesor Keperluan Khusus

Desain mikroprosesor khusus * Model FSM + D * Model FSMD * Model perilaku * Proyek mikroprosesor keperluan khusus

Kompetensi Dasar/KD9:

  1. [C2] menjelaskan konstruksi mikroprosesor keperluan khusus
  2. [C3] mengimplementasikan model pengembangan FSM+D, FSMD dan perilaku dalam desain mikroprosesor
  3. [C5] menganalisis dan mendesain modul HDL untuk mikroprosesor keperluan khusus
  4. [C6] mengimplementasikan dan mengevaluasi modul mikroprosesor tersebut
 [1] Bab 11
11,12Mikroprosesor Keperluan Umum

Desain CPU Keperluan Umum * Model struktural FSM+D * Model perilaku FSMD * Himpunan instruksi * Proyek mikroprosesor keperluan umum

Kompetensi Dasar/KD11:

  1. [C2] menjelaskan konstruksi mikroprosesor keperluan umum
  2. [C3] mengimplementasikan model pengembangan FSM+D dan FSMD dalam desain mikroprosesor
  3. [C4] menganalisis himpunan instruksi yang akan digunakan mikroprosesor
  4. [C5] menganalisis dan mendesain modul HDL untuk mikroprosesor keperluan umum
  5. [C6] mengimplementasikan dan mengevaluasi modul mikroprosesor tersebut
 [1] Bab 12
13,14Presentasi Proyek Mikroprosesor

Desain * Simulasi * Implementasi * Pengujian

Kompetensi Dasar/KD112:

  1. [C6]  mendesain, mensimulasikan, mengimplementasikan dan menguji mikroprosesor yang dikembangkan di atas FPGA Xilinx
  2. [A5] mengkomunikasikan solusi desain dan analisis hasil pengembangan mikroprosesor serta mempertahankan pendapat
 –
  • Tambahan

Lisensi Isi (CC-BY SA 4.0)

Creative Common Attribution-ShareAlike 4.0 International (CC BY-SA 4.0)

Anda bebas untuk Berbagi, Beradaptasi, dan untuk kepentingan apapun, termasuk kepentingan komersial. Pemberi lisensi tidak dapat mencabut ketentuan di atas sepanjang Anda mematuhi ketentuan lisensi ini.

Dengan ketentuan sebagai berikut :

  • Atribusi – Anda harus mencantumkan nama yang sesuai, mencantumkan tautan terhadap lisensi, dan menyatakan bahwa telah ada perubahan yang dilakukan. Anda dapat melakukan hal ini dengan cara yang sesuai, namun tidak mengisyaratkan bahwa pemberi lisensi mendukung Anda atau penggunaan Anda.
  • BerbagiSerupa – Apabila Anda menggubah, mengubah, atau membuat turunan dari materi ini, Anda harus menyebarluaskan kontribusi Anda di bawah lisensi yang sama dengan materi asli.
  • Tidak ada batasan tambahan – Anda tidak dapat menggunakan ketentuan hukum atau sarana kontrol teknologi yang secara hukum membatasi orang lain untuk melakukan hal-hal yang diizinkan lisensi ini.

Kembali ke atas

Saran kepada Penulis

Pertanyaan, saran, komentar dan kritik membangun terkait kuliah ini dapat disampaikan lewat email didik@live.undip.ac.id.
Penulis juga dapat ditemui di Program Studi Teknik Komputer, Fakultas Teknik Undip. Gedung Dekanat FT Undip, Jl. Prof. Sudarto, SH, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah.

Kembali ke atas

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

This blog is kept spam free by WP-SpamFree.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.