SEJARAH MIKROPROSESOR DUNIA

Mikroprosesor atau yang sering kita sebut dengan prosesor adalah chip atau Integrated Circuit (IC) yang dibuat silikon berukuran beberapa milimeter. Di dalam silicon ini terdapat puluhan ribu atau lebih transistor dan komponen elektronik lainnya. Prosesor merupakan salah satu komponen yang paling penting dalam suatu sistem komputer. Prosesor seringkali disebut sebagai otak dari sitem computer itu sendiri, meski sebutan ini tidak tepat sepenuhnya karena sebenarnya prosesor hanya bertindak sebagai komponen pemroses tetapi tidak berfungsi sebagai komponen pengingat. Fungsi pengingat ditangani oleh komponen lain dalam sistem komputer yang dinamakan memori.

Sebelum berkembangnya mikroprosesor yang berbahan silikon, CPU elektronik terbuat dari sirkuit terintegrasi TTL (Transistor Transistor Logic) terpisah, transistor individual, dan yang paling terdahulu adalah dari tabung vakum. Evolusi dari mikroprosesor telah diketahui mengikuti Hukum Moore. Hukum ini merumuskan bahwa daya penghitungan akan berlipat ganda setiap 18 bulan, dan hal itu mulai terbukti dari sebuah proses yang terjadi dari awal 1970-an dan mampu mengejutkan orang-orang yang berhubungan dengan mikroprosesor. Dari awal mikroprosesor digunakan sebagai driver dalam kalkulator, perkembangan kekuatannya telah menuju ke dominasi mikroprosesor di berbagai jenis komputer. Setiap sistem dari mainframe terbesar sampai ke komputer jinjing terkecilpun sekarang menggunakan mikroprosesor sebagai pusatnya. Berikut akan dipaparkan perkembangan mikroprosesor.

Dimulai dari diciptakannya tabung dioda pertama kali oleh Sir John Ambrose Fleming yang lahir di kota Lancaster, Lancashire, pada tanggal 29 November 1849. Beliau adalah seorang ahli rekayasa listrik dan fisikawan berkebangsaan Inggris. Ia pernah menjadi dosen di beberapa perguruan tinggi, termasuk Universitas Cambridge, Universitas Nottingham, dan University College London. Kemudian pada tahun 1892 ia mempersembahkan sebuah makalah penting mengenai teori transformator listrik kepada Institution of Electrical Engineers (Institusi Perekayasa Listrik) di London. Tahun 1904 ia menciptakan dan mematenkan pengubah arus (rectifier) bertabung vakum dwielektroda yang ia beri nama oscillation valve. Penemuan ini sering disebut sebagai asal mula elektronika sebab merupakan tabung vakum pertama. Fleming juga mempunyai peran dalam bidang fotometri, telegrafi nirkabel (radio), serta pengukuran listrik. Fleming dianugerahi gelar Sir pada tahun 1929 dan meninggal dunia di Devon pada tahun 1945.

Sir John Ambrose Fleming Tabung dioda pertama temuannya

Kenudian pada tahun 1906, Dr. Lee De Forest berhasil menemukan triode atau tabung audion yang merupakan pengembangan dari tabung dioda yang ditemukan Sir John Ambrose Fleming. Lee De Forest adalah seorang ahli fisika dari Amerika Serikat yang lahir 26 Agustus 1873. De Forest yang terlahir dari keluarga pendeta ini merupakan salah orang yang ikut berjasa dalam perkembangan teknologi radio selain Marconi. Ia sering disebut sebagai bapak radio, kakek televisi, dan doktor fisika, serta telah berhasil menciptakan 300 penemuan. Triode atau tabung audion adalah sebuah komponen penting yang banyak digunakan pada radio, telepon, radar, televisi, dan komputer. Pada tahun 1912, De Forest menemukan bahwa triode atau tabung audion dapat dipakai sebagai penguat sinyal listrik dan pembangkit osilasi. Saat itu triode banyak digunakan dalam berbagai alat komunikasi, namun sejak tahun 1947 triode diganti oleh teknologi transistor. Meskipun teknologi triode yang ia ciptakan terganti dengan teknologi yang lain, namun De Forest tetap dianggap sebagai tokoh terkemuka di bidang elektronik.

Di tahun 1947 temuan Dr. Lee De Forest tergantikan oleh komponen semikonduktor yaitu transistor. Transistor yang berhasil menggususr triode milik Dr. Lee De Forest ini diciptakan di labolatorium Bell. Bell Laboratories yang juga dikenal dengan nama AT&T Bell Laboratories sebelum diganti dengan Bell Labs ini, adalah bagian dari organisasi riset dan pengembangan dari Alcatel-Lucent yang sebelumnya bernama United States Bell System. Bell Labs bermarkas di Murray Hill, Amerika Serikat, dan memiliki fasilitas riset dan pengembangan di berbagai tempat di dunia. Konsentrasi utama fasilitasnya adalah di utara New Jersey. Transistor ini ditemukan oleh John Bardeen, Walter Houser Brattain, dan William Bradford yang kemudian menerima penghargaan nobel di tahun 1956.

Dr. Lee De Forest triode atau tabung audion

Transistor pertama di dunia

Setelah penemuan transistor pertama tersebut, mulailah muncul IC (Integrated Circuit) pertama pada tahun 1958 oleh insinyur listrik Amerika Serikat bernama Jack St. Clair Kilby saat dia bekerja di Texas Instruments (TI). Penemuan IC ini mendorong pengembangan IC Digital di tahun 1960.

Pada tahun 1971 Intel mengeluarkan mikroprosesor pertamanya, yang diberi nama Intel 4004. Intel 4004 ini adalah sebuah CPU 4-bit yang merupakan mikroprosesor chip tunggal pertama di dunia. Intel 4004 dirilis dalam kemasan CERDIP 16-kaki tepatnya pada tanggal 15 November 1971. Orang yang merancang chip tersebut adalah Ted Hoff dan Federico Faggin dari Intel dan Masatoshi Shima dari Busicom. Rancangan aslinya berasal dari perusahaan Jepang yang bernama Busicom, untuk digunakan pada kalkulator produksinya. 4004 juga disediakan dengan sebuah chip pendukung (misal, ROM program digabung bersama untuk menggunakan alamat program 12-bit 4004, yang mengijinkan akses memori 4 kilobyte dari bus alamat 4-bit bila semua 16 ROM dipasang). Sirkuit 4004 dibuat dari 2.300 transistor.

Chip ini memiliki spsesifikasi sebagai berikut : Maximum clock speed - nya adalah 740 kHz Program dan penyimpanan data yang terpisah (yaitu, sebuah arsitektur Harvard).

Berlainan dengan rancangan arsitektur Harvard lainnya yang menggunakan bus yang terpisah, 4004, karena ingin mengurangi jumlah pin, menggunakan sebuah bus 4-bit tunggal dimultiplex untuk mentransfer:

Alamat 12-bit instruksi 8-bit, tidak ditaruh di memori yang sama dengan data word 4-bit Set instruksi yang terdiri dari 46 instruksi (di mana 41 diantaranya memiliki lebar

8 bit dan 5 lebar 16 bit) Set register terdiri dari 16 register masing-masing 4 bit tumpukan subroutine internal memiliki kedalaman 3 tingkat

IC solid pertama buatan Kilby

Intel 4004

Dalam hal memory, prosesor 4004 memiliki 3 jenis memory, yang pertama adalah program memory. Program memory memiliki kapasitas 4KB dan semua instruksi terpilih yang bersifat kondisional dilakukan di ROM yang berukuran 256byte. Untuk instruksi yang bersifat unconditional, seperti unconditional jump dan jump ke subrutin dapat digunakan alamat selain ROM tadi dapat digunakan. Jenis yang kedua yaitu Data memory yang memiliki kapasitas 640 bytes. Akses ke RAM dilakukan dengan cara yang sama seperti mengakses I/O port dan data memory ini terpisah dari program memory. Jenis yang ketiga adalah Stack yang memiliki kedalaman 3 level atau setara dengan 3 buah register 12-bit. Stack juga terpisah dari program memory dan data memory.

Prosesor ini belum mendukung adanya interrupt dan memiliki port I/O yaitu 16 buah input ports 4-bit dan 16 buah output ports 4-bit. Dalam hal register, chip ini memiliki 4 macam register yaitu : Program counter dengan kapasitas 12-bit. Stack register yang terdiri dari 3 buah register 12-bit yang membuat chip ini mampu mengimplementasikan pemanggilan subrutin sedalam 3 level. Dimana setiap subrutin menyimpan alamat untuk kembali ke program awal di stack register. Selanjutnya adalah akumulator yang memiliki kapasitas 4-bit yang biasa digunakan untuk operasi aritmatika, logika membaca dan menulis data baik dari atau ke RAM dan port I/O. Register jenis

Arsitektur Intel 4004

terakhir adalah Index registers dimana chip 4004 memiliki 16 buah register 4-bit yang dapat bekerja secara berpasangan menjadi 8 buah register 8 bit.

Prosesor 4004 memiliki 46 set instruksi antara lain :

Data moving instructions. Arithmetic - add, subtract, increment, decrement. Logic - rotate. Control transfer - conditional (limited to current ROM), unconditional, call

subroutine and return from subroutine. Input/Output instructions. Other - carry flag operations, decimal adjust, etc.

Dalam hal pengalamatan, 4004 memiliki 4 mode pengalamatan yaitu pengalamatan register (4-bit), pengalamatan memory direct, pengalamatan register indirect, dan pengalamatan immediate (4 and 8-bit data).

Hanya berselang satu tahun dari munculnya Intel 4004, tepatnya pada bulan april tahun di 1972 , Intel kembali mengeluarkan mikroprosesor baru yang memiliki kekuatan 2 kali lipat dari mikroprosesor sebelumnya. Mikroprosesor itu diberi nama Intel 8008. Intel 8008 berbasiskan CPU 8-bit dengan bus alamat external 14-bit yang dapat menampung 16KB alamat dari memori. Chip ini dibiayai oleh Computer Terminal Corporation (CTC) untuk mengimplementasikan set instruksi terminal Datapoint 2200. Namun chip ini justru sering mengalami delay dan tidak bias menunjukkan performa terbaiknya dalam memrogram terminal Datapoint 2200, maka CTC menghentikan pemakaiannya dan kembali ke CPU awal mereka. Kemudian Intel mendapatkan ijin untuk menjual chip ini ke customer lain setelah Seiko menggunakannya untuk kalkulator buatannya.

Di Intel 8008 program dan data-data menempati tempat yang sama di dalam memori yang berukuran 16KB. Untuk program memory, program dapat diletakkan dimanapun di memori karena chip ini sudah mendukung set instruksi seperti jump, call , dan branch yang masing-masing menggunakan pengalamatan 14-bit (pengalamatan 16-bit dengan dua MSB yang dapat di abaikan nilainya). Semua instruksi jump atau branch menggunakan pengalamatan absolute. Untuk data memory, prosesor selalu menggunakan alamat 14-bit, sehingga data dapat diletakkan dimanapun. Stack memory dari chip ini terdiri dari 7 buah register 14-bit. Stack memory ini digunakan untuk menempatkan subrutin-subrutin dengan kedalaman hingga level 7. 64 byte pertama di memori disediakan untuk vector dari instruksi RST.

Intel 8008

Chip ini sudah mendukung interrupt yang bersifat non-maskable, jadi saat interrupt terjadi, prosesor akan mengambil satu instruksi dari bus yang biasanya adalah instruksi berikut :

RST0 – RST7, dimana prosesor akan menyimpan isi PC ke stack dan cabang-cabangnya ke memory lokasi N*8, dimana N adalah 3 bit angka dari 0 sampai 7 yang disediakan instruksi RST.

Instruksi CALL (instruksi 3 byte), dimana prosesor akan memanggil subrutin dengan alamat yang dispesifikasikan dari byte kedua dan ketiga dari instruksi tersebut.

Chip ini memiliki 5 macam register. Yang pertama adalah akumulator atau sering disebut register A, yaitu register 8-bit yang digunakan untuk operasi aritmatik, logika, input-output, serta simpan dan isi. Kemudian ada juga 6 buah register data yang berukuran 8-bit, dimana 4 diantaranya yaitu register B, C, D, dan E dapat digunakan sebagai register bantu dan register L dan register H yang dapat digunakan sebagai sebuah register 16-bit dengan nama register HL. Register ini biasanya berisi data pointer yang digunakan untuk mengacu ke suatu alamat memori. Macam register selanjutnya adalah register flag yang berjumlah 4 yaitu untuk mengecek keadaan bilangan negatif(sign), nol(zero), paritas(parity), dan carry(CY). Kemudian ada PC atau Progran Counter yang berukuran 14-bit, dan yang terakhir adalah register stack yang berukuran 14-bit juga.

Chip 8008 48 set instruksi antara lain : Data moving instructions. Arithmetic - add, subtract, increment and decrement. Logic - AND, OR, XOR, compare and rotate. Control transfer - conditional, unconditional, call subroutine, return from

subroutine and restarts. Input/Output instructions. Other - Halt instruction.

Mode pengalamatan yang digunakan dalam Intel 8008 ini ada 3, yaitu : Register yaitu pengalamatan yang mengacu data dalam register, Register indirect yaitu pengalamatan yang mengacu ke alamat yang ada dalam register HL dimana data itu berada, dan Immediate yang langsung memasukkan data ke register. Berikut adalah arsitektur dari chip 8008.

Setelah Intel 4004 dan 8008, hampir setiap tahun Intel mengeluarkan prosesor barunya antara lain : di tahun 1974, Intel memperkenalkan prosesor 8-bit 8080, dengan 4.500 transistor yang memiliki kinerja 10 kali pendahulunya. Di tahun 1975, Chip 8080 menemukan aplikasi PC pertamanya pada Altair 8800, sekaligus merevolusi PC. Gates dan Allen sukses mengembangkan bahasa dasar Altair, yang kemudian menjadi Microsoft Basic, untuk 8080. Tahun 1976, Arsitektur x86 sempat mengalami kemunduran saat Steve Jobs dan Steve Wozniak memperkenalkan Apple II computer dengan menggunakan prosesor 8-bit Motorola 6502. Namun pada tahun 1978, Intel kembali memperkenalkan prosesor terbarunya yaitu mikroprosesor 16-bit 8086 yang kelak menjadi standar industri, tepatnya pada tanggal 8 Juni. Setelah itu di tahun 1979, Intel memperkenalkan versi dengan harga yang lebih murah dari 8086, yaitu 8088 dengan 8-bit bus. Di tahun 1980, Intel memperkenalkan 8087 math co-processor. Lalu pada tahun 1981, IBM memilih 8088 untuk menjalankan PC-nya. Seorang eksekutif Intel kemudian mengatakannya sebagai “Kemenangan besar pertama Intel” dan tidak hanya sampai disitu, satu tahun kemudian IBM menandatangani Advanced Micro Devices sebagai sumber kedua Intel untuk mikroprosesor 8086 dan 8088. Seiring dengan pesatnya perkembangan pada zaman itu, di tahun 1982, Intel mampu memperkenalkan prosesor 16-bit 80286 dengan 134.000 transistor. Kerja sama dengan IBM pun berlanjut, yaitu pada tahun 1984, IBM mengembangkan PC generasi kedua, 80286-based PC-AT. PC-AT

Arsitektur Intel 8008

yang menjalankan MS-DOS, dan kemudian menjadi standar PC selama hampir 10 tahun. Pada tahun 1985 : Intel keluar dari bisnis RAM dinamis untuk fokus pada mikroprosesor, dan akhirnya ia mengeluarkan Intel 386 Microprocessor. Intel 386 adalah sebuah prosesor yang memiliki 275.000 transistor yang tertanam di prosessor tersebut yang jika dibandingkan dengan 4004 memiliki 100 kali lipat lebih banyak dibandingkan dengan 4004. Setelah itu di tahun 1989 munculah Intel 486 DX CPU Microprocessor. prosesor yang pertama kali memudahkan berbagai aplikasi yang tadinya harus mengetikkan command-command menjadi hanya sebuah klik saja, dan mempunyai fungsi komplek matematika sehingga memperkecil beban kerja pada prosesor.

Perkembangan dan riset terus dilakukan dan akhirnya di tahun 1993, prosesor 32-bit, 66-MHz dengan transistor berjumlah 3.1 juta, Pentium I dengan teknologi superscalar diperkenalkan. Processor generasi baru yang mampu menangani berbagai jenis data seperti suara, bunyi, tulisan tangan, dan foto. Selanjutnya di tahun 1995, Intel mengeluarkan Pentium Pro Processor yaitu prosesor yang dirancang untuk digunakan pada aplikasi server dan workstation, yang dibuat untuk memproses data secara cepat, prosesor ini mempunyai 5,5 jt transistor yang tertanam.

Generasi Pentium selanjutnya muncul pada 1997, mengusung nama Intel Pentium II Processor. Processor Pentium II merupakan prosesor yang menggabungkan Intel MMX yang dirancang secara khusus untuk mengolah data video, audio, dan grafik secara efisien. Terdapat 7.5 juta transistor terintegrasi di dalamnya sehingga dengan prosesor ini pengguna PC dapat mengolah berbagai data dan menggunakan internet dengan lebih baik.

Setahun berselang di tahun 1998, Intel Pentium II Xeon Processor dihadirkan. Prosesor ini dibuat untuk kebutuhan pada aplikasi server, karena Intel saat itu ingin

Pentium I

Pentium II processor with MMX technology.

memenuhi strateginya yang ingin memberikan sebuah prosesor unik untuk sebuah pasar tertentu. Kemudian di tahun 1999, Intel mengeluarkan Celeron Processor. Processor Intel Celeron merupakan prosesor yang dikeluarkan sebagai prosesor yang ditujukan untuk pengguna yang tidak terlalu membutuhkan kinerja prosesor yang lebih cepat bagi pengguna yang ingin membangun sebuah sistem komputer dengan budget (harga) yang tidak terlalu besar. Prosesor Intel Celeron ini memiliki bentuk dan formfactor yang sama dengan prosesor Intel jenis Pentium, tetapi hanya dengan instruksi-instruksi yang lebih sedikit, L2 cache-nya lebih kecil, kecepatan (clock speed) yang lebih lambat, dan harga yang lebih murah daripada processor Intel jenis Pentium. Dengan keluarnya prosesor Celeron ini maka Intel kembali memberikan sebuah processor untuk sebuah pasaran tertentu. Masih di tahun nyang sama Intel juga mengeluarkan Intel Pentium III Processor. Processor Pentium III merupakan prosesor yang diberi tambahan 70 instruksi baru yang secara dramatis memperkaya kemampuan pencitraan tingkat tinggi, tiga dimensi, audio streaming, dan aplikasi-aplikasi video serta pengenalan suara. Dan sebagai penyempurnaan di akhir tahun 1999 Intel lagi lagi mengeluarkan prosesor baru dengan nama Intel Pentium III Xeon Processor yang membuat Intel kembali merambah pasaran server dan workstation dengan mengeluarkan seri Xeon ini tetapi dengan jenis Pentium III yang mempunyai 70 perintah SIMD. Keunggulan processor ini adalah ia dapat mempercepat pengolahan informasi dari sistem bus ke prosesor, yang juga mendongkrak performa secara signifikan. Prosesor ini juga dirancang untuk dipadukan dengan prosesor lain yang sejenis.

Di tahun millennium yaitu tahun 2000 Intel mengeluarkan prosesor dari keluarga Pentium yang legendaris dengan nama Intel Pentium 4 Processor. Processor Pentium IV merupakan produk Intel yang kecepatan prosesnya mampu menembus kecepatan hingga 3.06 GHz. Pertama kali keluar, prosesor ini berkecepatan 1.5GHz dengan formafactor pin 423, setelah itu intel merubah formfactor prosesor Intel Pentium 4 menjadi pin 478 yang dimulai dari processor Intel Pentium 4 berkecepatan 1.3 GHz sampai yang terbaru yang saat ini mampu menembus kecepatannya hingga 3.4 GHz. Satu tahun kemudian Intel membuat Pentium 4 untuk versi server yaitu Processor Intel Pentium 4 Xeon. Prosesor ini merupakan prosesor Intel Pentium 4 yang ditujukan khusus untuk berperan sebagai computer server. prosesor ini memiliki jumlah pin lebih banyak dari prosesor Intel Pentium 4 serta dengan memory L2 cache yang lebih besar pula. Selain itu di tahun 2001 juga, Intel mengeluarkan prosesor pertama berbasis 64 bit yang ditujukan bagi pemakain pada server dan workstation serta pemakai tertentu dengan nama Intel Itanium Processor. Itanium ini sudah dibuat dengan struktur yang benar-benar berbeda dari sebelumnya yang didasarkan pada desain dan teknologi Intel’s Explicitly Parallel Instruction Computing (EPIC ).

Selanjutnya di tahun 2002 Intel mengeluarkan prosesor Itanium 2 yang merupakan generasi kedua dari keluarga Itanium. Satu tahun berikutnya muncullah Intel

A 900 MHz Coppermine Pentium III.Pentium IV

Pentium M Processor. Chipset 855, dan Intel PRO/WIRELESS 2100 adalah komponen dari Intel Centrino. Intel Centrino dibuat untuk memenuhi kebutuhan pasar akan keberadaan sebuah komputer yang mudah dibawa kemana-mana. Kemudian di tahun 2004 Intel mengeluarkan Pentium M 735/745/755 yang dilengkapi dengan chipset 855 dengan fitur baru 2Mb L2 Cache 400MHz system bus dan kompatibilitas dengan soket processor dengan seri-seri Pentium M sebelumnya dan Intel E7520/E7320 Chipsets yang dapat digunakan untuk dual processor dengan konfigurasi 800MHz FSB, DDR2 400 memory, and PCI Express peripheral interfaces. Di tahun 2005 Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73GHz dilepas ke pasaran. Sebuah processor yang ditujukan untuk pasar pengguna komputer yang menginginkan sesuatu yang lebih dari komputernya, processor ini menggunakan konfigurasi 3.73GHz frequency, 1.066GHz FSB, EM64T, 2MB L2 cache, dan HyperThreading. Masih di tahun yang sama Intel juga mengeluarkan Intel Pentium D 820/830/840 yaitu prosesor berbasis 64 bit dan disebut dual core karena menggunakan 2 buah inti, dengan konfigurasi 1MB L2 cache pada tiap core, 800MHz FSB, dan bisa beroperasi pada frekuensi 2.8GHz, 3.0GHz, dan 3.2GHz. Pada processor jenis ini juga disertakan dukungan HyperThreading. Keberadaanyapun menjadi pertanda bahwa prosesor yang menggunakan single chip sudah mulai di tinggalkan.

Di tahun 2006 Intel mengeluarkan, Intel Core 2 Quad Q6600 yaitu prosesor untuk type desktop dan digunakan pada orang yang ingin kekuatan lebih dari komputer yang ia miliki memiliki 2 buah core dengan konfigurasi 2.4GHz dengan 8MB L2 cache (sampai dengan 4MB yang dapat diakses tiap core ), 1.06GHz Front-side bus, dan thermal design power ( TDP ) dan Intel Quad-core Xeon X3210/X3220 yaitu prosesor yang digunakan untuk tipe server dan memiliki 2 buah core dengan masing-masing memiliki konfigurasi 2.13 dan 2.4GHz, berturut-turut , dengan 8MB L2 cache ( dapat mencapai 4MB yang diakses untuk tiap core ), 1.06GHz Front-side bus, dan thermal design power (TDP).

Core 2 Quad Q6600