CS2624 CS2624 --COMPUTER COMPUTER ......2011/02/05 · Logicvs Rangkaian diskritvs Rangkaian diskrit – Memungkinkan rapid prototyping – Unjkk j i ijuk kerja tinggi – Kehandalan

CS2624 CS2624 -- COMPUTER COMPUTER ORGANIZATION & ARCHITECTUREORGANIZATION & ARCHITECTUREORGANIZATION & ARCHITECTURE ORGANIZATION & ARCHITECTURE

(COA)(COA)

TEKNIKTEKNIK DIGITALDIGITALTEKNIK TEKNIK DIGITALDIGITALbagian 1bagian 1bagian 1bagian 1

Maret 2010

Pokok BahasanPokok BahasanP d h l H/W

Pokok BahasanPokok Bahasan• Pendahuluan perancangan H/W• Karakteristik gerbang logika:Karakteristik gerbang logika:

– Logika Positif dan Logika Negatif– Kecepatan Switching– Kecepatan Switching– Batas DerauL t CMOS d NMOS• Layout CMOS dan NMOS

• Gerbang logika: AND, OR, NOT, NAND, g g , , , ,NOR, XOR, dan EQV

• Substitusi gerbang logika• Substitusi gerbang logika• Incompatibility

20090323 #1

Pendahuluan Perancangan H/WPendahuluan Perancangan H/W (1)(1)Pendahuluan Perancangan H/W Pendahuluan Perancangan H/W (1)(1)

• Mengapa perancangan H/W perlu diperhatikan ?diperhatikan ?– Kompleksitas rancangan meningkat pesat

Pentingnya produk memasuki pasar sedini– Pentingnya produk memasuki pasar sedini mungkin (Time-to-market)

– Life-time produk makin singkat– Portabilitas:Battery operatedSmall sizedSmall-sized

– Keandalan tinggi

20090323 #2

– Biaya desain makin mahal


C t Aid d D i T l• Computer-Aided Design Tools– Desain manual ditinggalkangg– Otomatisasi desain (synthesis tools)– Penekanan pada representasi desain abstrakPenekanan pada representasi desain abstrak– Desain hardware menjadi seperti desain

softwaresoftware• High-density & High-speed Programmable

Logic vs Rangkaian diskritLogic vs Rangkaian diskrit– Memungkinkan rapid prototyping

j k k j i i– Unjuk kerja tinggi– Kehandalan tinggi

20090323 #3


P ti M t d l i D i• Pentingnya Metodologi Desain– Top-Down approachp pp– Memudahkan desain rangkaian – Memudahkan lokalisasi errorMemudahkan lokalisasi error

• Representasi Rancangan• Representasi Rancangan– Behaviour– Structural– Abstraction

20090323 #4

P d h l P H/WP d h l P H/WPendahuluan Perancangan H/W Pendahuluan Perancangan H/W (4)(4)

20090323 #5


20090323 #6


20090323 #7

Tahapan Realisasi VLSITahapan Realisasi VLSITahapan Realisasi VLSITahapan Realisasi VLSI

Customer’s needVLSI = Very Large Scale Integration

Determine requirements

Write specificationsWrite specifications

Design synthesis and Verification

Test developmentFabrication

Manufacturing testManufacturing test

Chips to customer

20090323 #8

p

Present and Future*Present and Future*Present and Future*Present and Future*

1997 -2001 2003 - 2006

Feature size (micron) 0.25 - 0.15 0.13 - 0.10

1997 2001 2003 2006

Transistors/sq. cm 4 - 10M 18 - 39MPin count 100 - 900 160 - 1475Pin count 100 900 160 1475Clock rate (MHz) 200 - 730 530 - 1100P (W tt ) 1 2 61 2 96 Power (Watts) 1.2 - 61 2 - 96

* SIA Roadmap, IEEE Spectrum, July 1999

20090323 #9

Karakteristik Gerbang LogikaKarakteristik Gerbang LogikaKarakteristik Gerbang LogikaKarakteristik Gerbang Logika

• Logika Positif dan Logika Negatif• Kecepatan Switching• Kecepatan Switching• Disipasi DayaDisipasi Daya

– Statik– Dinamik

• Power-Delay Product• Power Delay Product• Batas Derau• Fan-in dan Fan-out

20090323 #10

Logika Positif & Logika NegatifLogika Positif & Logika NegatifLogika Positif & Logika NegatifLogika Positif & Logika Negatif

HV High VoltageHV = High VoltageLV = Low VoltageNMH = Normal Margin High

20090323 #11

g gNML = Normal Margin Low

Input Aktif Low & Aktif HighInput Aktif Low & Aktif HighInput Aktif Low & Aktif HighInput Aktif Low & Aktif High

Skema D1-R1 = Aktif LowLED D1 n ala ketika inp t Lo ata 0 olt- LED D1 nyala ketika input = Low atau 0 volt

Skema D2-R2 = Aktif High- LED D1 nyala ketika input = High atau 5 volt

20090323 #12

OutputOutput AktifAktif Low &Low & AktifAktif HighHighOutput Output AktifAktif Low & Low & AktifAktif HighHigh

Skema kiri = Aktif High- Output = High atau 5 volt ketika saklar SW1 ditekan

Skema kanan = Aktif Low

20090323 #13

Skema kanan Aktif Low- Output = Low atau 0 volt ketika saklar SW2 ditekan

KecepatanKecepatan SwitchingSwitchingKecepatan Kecepatan SwitchingSwitching

Sinyal Input

Sinyal OOutput

20090323 #14

B t DB t D (N i )(N i )Batas Derau Batas Derau (Noise)(Noise)

20090323 #15

Noise tidak melebihi margin Noise melebihi margin

Berbagai Macam Bentuk TransistorBerbagai Macam Bentuk Transistor

20090323 #16

Perbandingan Karakteristik Keluarga LogikaPerbandingan Karakteristik Keluarga LogikaPerbandingan Karakteristik Keluarga LogikaPerbandingan Karakteristik Keluarga Logika

TTL = Transistor-Transistor Logic FET = Field Effect TransistorECL = Emitter Coupled Logic MOS = Metal Oxide SemiconductorNMOS N tif MOS PMOS P itif MOS

20090323 #17

NMOS = Negatif MOS PMOS = Positif MOSCMOS = Complementary MOS

Layout Transistor NMOSLayout Transistor NMOSLayout Transistor NMOSLayout Transistor NMOS

3 kondisi NMOS:

- Non conducting- Non conducting

- Conducting

D l ti- Depletion

20090323 #18COA/Endro Ariyanto/

Simbol Transistor NMOS dan PMOSSimbol Transistor NMOS dan PMOS

Gerbang NMOSGerbang NMOS

20090323 #19Gerbang PMOS

COA/Endro Ariyanto/

Layout Transistor CMOSLayout Transistor CMOSLayout Transistor CMOSLayout Transistor CMOS2 transistor dalam satu paket:


Diagram rangkaian

Input High Output Low

Input Low Output High

GerbangGerbang InverterInverter (Not)(Not) (1)(1)Gerbang Gerbang InverterInverter (Not)(Not) (1)(1)• Inverter tersusun dari CMOS

20090323 #21

GerbangGerbang InverterInverter (Not)(Not) (2)(2)Gerbang Gerbang InverterInverter (Not)(Not) (2)(2)• Q2 (p-channel) biasanya ditulis dengan simbol lain (ada

bulatan pada gate)Output High:

20090323 #22

GerbangGerbang InverterInverter (Not)(Not) (3)(3)Gerbang Gerbang InverterInverter (Not)(Not) (3)(3)Output Low:

20090323 #23

GerbangGerbang InverterInverter (Not)(Not) (4)(4)Gerbang Gerbang InverterInverter (Not)(Not) (4)(4)Aktif Low:Inverter dengan TTL

LV

HV

LV

20090323 #24

GerbangGerbang InverterInverter (Not)(Not) (5)(5)Gerbang Gerbang InverterInverter (Not)(Not) (5)(5)I t Aktif Hi h

Tanda bulatanInput Aktif High:

Simbol gerbang Inverter:Inverter:

Input Aktif Low:

Tanda bulatan

Tanda bulatan sebagai indikator Active Low

20090323 #25

Tanda bulatan sebagai indikator Active Low

GerbangGerbang InverterInverter (Not)(Not) (6)(6)Gerbang Gerbang InverterInverter (Not)(Not) (6)(6)

Contoh packaging gerbang NOT:

20090323 #26TTL: 7404 CMOS: 4069

GerbangGerbang ANDAND (1)(1)Gerbang Gerbang ANDAND (1)(1)Gerbang AND dengan CMOS:

LV HV

HV LVHV

LV

LV

LV


GerbangGerbang ANDAND (2)(2)Gerbang Gerbang ANDAND (2)(2)

Simbol Gerbang AND:

20090323 #28

GerbangGerbang ANDAND (3)(3)Gerbang Gerbang ANDAND (3)(3)

Contoh packaging gerbang AND dengan TTL:

TTL 7411

20090323 #29TTL: 7408

TTL: 7411

GerbangGerbang OROR (1)(1)Gerbang Gerbang OROR (1)(1)Gerbang OR dengan CMOS:

LV

HV

HV

HV

LV HV

HV HV


GerbangGerbang OROR (2)(2)Gerbang Gerbang OROR (2)(2)

Simbol Gerbang OR:

20090323 #31

GerbangGerbang OROR (3)(3)Gerbang Gerbang OROR (3)(3)

Contoh packaging gerbang OR dengan TTL:

20090323 #32TTL: 7432

GerbangGerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (1)(1)Gerbang Gerbang NANDNAND (Not AND) (Not AND) (1)(1)

Gerbang NAND Gerbang NAND Gerbang NANDGerbang NAND dengan NMOS

Gerbang NAND dengan TTL

Gerbang NAND dengan DTL

20090323 #33COA/Endro Ariyanto/DTL = Dioda Transistor Logic; TTL = ...

GerbangGerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (2)(2)Gerbang Gerbang NANDNAND (Not AND) (Not AND) (2)(2)Gerbang NAND dengan CMOS:


GerbangGerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (3)(3)Gerbang Gerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (3)(3)

20090323 #35

GerbangGerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (4)(4)Gerbang Gerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (4)(4)Simbol Gerbang NAND:

Tanda bulatan a da bu a asebagai indikator

ACTIVE LOW

Catatan:Z (X Y)’(H)

20090323 #36

Z = (X.Y)’(H)= (X.Y)(L)seperti operasi AND biasa

GerbangGerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (5)(5)Gerbang Gerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (5)(5)• Gerbang NAND dengan 3 input

20090323 #37

GerbangGerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (6)(6)Gerbang Gerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (6)(6)• Gerbang NAND banyak input: (untuk n input diperlukan

2n transistor)



Contoh packaging gerbang NAND dengan CMOS:

20090323 #39CMOS: 4011 CMOS: 4023


Contoh packaging gerbang NAND dengan TTL:

20090323 #40TTL: 7400 TTL: 7430 – 8 input

GerbangGerbang NORNOR (Not OR)(Not OR) (1)(1)Gerbang Gerbang NORNOR (Not OR) (Not OR) (1)(1)NOR dengan NMOS: NOR dengan TTL:

NOR dengan DTL:NOR dengan DTL:


GerbangGerbang NORNOR (Not OR)(Not OR) (2)(2)Gerbang Gerbang NORNOR (Not OR) (Not OR) (2)(2)Gerbang NOR dengan CMOS:

LVLV

LVHV


GerbangGerbang NORNOR (Not OR)(Not OR) (3)(3)Gerbang Gerbang NORNOR (Not OR) (Not OR) (3)(3)

Simbol Gerbang NOR:

Tanda bulatan b i i dik tsebagai indikatorACTIVE LOW

Catatan:Z = (X+Y)’(H)

(X Y)(L)

seperti operasi OR biasa

20090323 #43

= (X+Y)(L)

GerbangGerbang NORNOR (Not OR)(Not OR) (4)(4)Gerbang Gerbang NORNOR (Not OR) (Not OR) (4)(4)• Gerbang NOR banyak input: (untuk n input diperlukan 2n

transistor)


GerbangGerbang NORNOR (Not OR)(Not OR) (5)(5)Gerbang Gerbang NORNOR (Not OR)(Not OR) (5)(5)

Contoh packaging gerbang NOR dengan CMOS:

CMOS 4002 CMOS 4025

20090323 #45

CMOS: 4000 CMOS: 4002 CMOS: 4025

GerbangGerbang NORNOR (Not OR)(Not OR) (6)(6)Gerbang Gerbang NORNOR (Not OR)(Not OR) (6)(6)

Contoh packaging gerbang NOR dengan TTL:

20090323 #46TTL: 7402 TTL: 7427

GerbangGerbang XORXOR (1)(1)Gerbang Gerbang XORXOR (1)(1)XOR dengan MOS: XOR dengan CMOS:


GerbangGerbang XORXOR (2)(2)Gerbang Gerbang XORXOR (2)(2)Simbol gerbang XOR:

20090323 #48

GerbangGerbang XORXOR (3)(3)Gerbang Gerbang XORXOR (3)(3)

Contoh packaging gerbang XOR dengan TTL:

TTL: 7486

20090323 #49

TTL: 7486

GerbangGerbang EQVEQVGerbang Gerbang EQVEQVEQV dengan MOS: Simbol gerbang EQV:


GerbangGerbang ANDAND AlternatifAlternatif (1)(1)Gerbang Gerbang ANDAND AlternatifAlternatif (1)(1)Gerbang AND dapat tersusun dari gabungan dari gerbang NAND dan NOT


GerbangGerbang ANDAND AlternatifAlternatif (2)(2)Gerbang Gerbang ANDAND AlternatifAlternatif (2)(2)Gerbang AND dapat tersusun dari gerbang OR yang semua input dan outputnya aktif low

seperti operasi OR biasa

Catatan:Z = X.Y

= (X.Y)’’

Catatan:Z = (X’+Y’)’

= X.Y


( )= (X’+Y’)’

GerbangGerbang OROR AlternatifAlternatif (1)(1)Gerbang Gerbang OROR AlternatifAlternatif (1)(1)Gerbang OR dapat tersusun dari gabungan dari gerbang NOR dan NOT


GerbangGerbang OROR AlternatifAlternatif (2)(2)Gerbang Gerbang OROR AlternatifAlternatif (2)(2)Gerbang OR dapat tersusun dari gerbang AND yang semua input dan outputnya aktif low

seperti operasi AND biasaAND biasa

Catatan:Z = X+Y

= (X+Y)’’

Catatan:Z = (X’.Y’)’

= X+Y


( )= (X’.Y’)’

GerbangGerbang NANDNAND AlternatifAlternatifGerbang Gerbang NANDNAND AlternatifAlternatifGerbang NAND dapat tersusun dari gerbang OR yang semua input-nya aktif low

Z(H)=(X+Y)(H)

seperti operasi OR biasabiasa

Catatan:Z = (X.Y)’

= X’+Y’

Catatan:Z = X’+Y’

= (X.Y)’


( )

GerbangGerbang NORNOR AlternatifAlternatifGerbang Gerbang NORNOR AlternatifAlternatifGerbang NOR dapat tersusun dari gerbang AND yang semua input-nya aktif low

Z(H)=(X.Y)(H)X(L)

Y(L)

seperti operasi OR biasabiasa

Catatan:Z = (X+Y)’

= X’.Y’

Catatan:Z = X’.Y’

= (X+Y)’


( )

Gerbang Inverter (NOT) Alternatif (1)Gerbang Inverter (NOT) Alternatif (1)

G b NOT k b NANDGerbang NOT menggunakan gerbang NAND:

Salah satu input selalu dihubungkan ke HV atau 1(H)

Semua input digabungSemua input digabung menjadi satu

Salah satu input selalu dihubungkan ke HV atau 0(L)

20090323 #57

dihubungkan ke HV atau 0(L)

Gerbang Inverter (NOT) Alternatif (2)Gerbang Inverter (NOT) Alternatif (2)

G b NOT k b NORGerbang NOT menggunakan gerbang NOR:

Salah satu input selalu dihubungkan ke HV atau 1(H)

Semua input digabungSemua input digabung menjadi satu

Salah satu input selalu dihubungkan ke HV atau 0(L)

20090323 #58

dihubungkan ke HV atau 0(L)

Substitusi Gerbang LogikaSubstitusi Gerbang Logika


IncompabilityIncompabilityIncompabilityIncompabilityTerjadi ketika aktif High bertemu dengan aktif Low

20090323 #60

PustakaPustakaPustakaPustaka[TIN91] Tinder, Richard F. 1991. “Digital Engineering

Design : A Modern Approach”. - edition. Prentice Hall.

20090323 #61

Documents

CS2624 CS2624 --COMPUTER COMPUTER ......2011/02/05 · Logicvs Rangkaian diskritvs Rangkaian diskrit – Memungkinkan rapid prototyping – Unjkk j i ijuk kerja tinggi – Kehandalan