Upload
ismanu-rahadi
View
23
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
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
Pendahuluan Perancangan H/WPendahuluan Perancangan H/W (2)(2)Pendahuluan Perancangan H/W Pendahuluan Perancangan H/W (2)(2)
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
Pendahuluan Perancangan H/WPendahuluan Perancangan H/W (3)(3)Pendahuluan Perancangan H/W Pendahuluan Perancangan H/W (3)(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
P d h l P H/WP d h l P H/WPendahuluan Perancangan H/W Pendahuluan Perancangan H/W (5)(5)
20090323 #6
P d h l P H/WP d h l P H/WPendahuluan Perancangan H/W Pendahuluan Perancangan H/W (6)(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
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:
20090323 #20COA/Endro Ariyanto/
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 hTanda bulatan
Input 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
20090323 #27COA/Endro Ariyanto/
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
20090323 #30COA/Endro Ariyanto/
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:
20090323 #34COA/Endro Ariyanto/
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)
20090323 #38COA/Endro Ariyanto/
GerbangGerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (7)(7)Gerbang Gerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (7)(7)
Contoh packaging gerbang NAND dengan CMOS:
20090323 #39CMOS: 4011 CMOS: 4023
GerbangGerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (8)(8)Gerbang Gerbang NANDNAND (Not AND)(Not AND) (8)(8)
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:
20090323 #41COA/Endro Ariyanto/
GerbangGerbang NORNOR (Not OR)(Not OR) (2)(2)Gerbang Gerbang NORNOR (Not OR) (Not OR) (2)(2)
Gerbang NOR dengan CMOS:
LVLV
LVHV
20090323 #42COA/Endro Ariyanto/
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)
20090323 #44COA/Endro Ariyanto/
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:
20090323 #47COA/Endro Ariyanto/
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:
20090323 #50COA/Endro Ariyanto/
GerbangGerbang ANDAND AlternatifAlternatif (1)(1)Gerbang Gerbang ANDAND AlternatifAlternatif (1)(1)
Gerbang AND dapat tersusun dari gabungan dari gerbang NAND dan NOT
20090323 #51COA/Endro Ariyanto/
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
20090323 #52COA/Endro Ariyanto/
( )= (X’+Y’)’
GerbangGerbang OROR AlternatifAlternatif (1)(1)Gerbang Gerbang OROR AlternatifAlternatif (1)(1)
Gerbang OR dapat tersusun dari gabungan dari gerbang NOR dan NOT
20090323 #53COA/Endro Ariyanto/
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
20090323 #54COA/Endro Ariyanto/
( )= (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)’
20090323 #55COA/Endro Ariyanto/
( )
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)’
20090323 #56COA/Endro Ariyanto/
( )
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)
IncompabilityIncompabilityIncompabilityIncompabilityTerjadi ketika aktif High bertemu dengan aktif Low
20090323 #60