PLDs (PROGRAMMABLE LOGIC DEVICES) - PERANCANGAN KOMPONEN ELEKTRONIKA TERPROGRAM
PLDs (PROGRAMMABLE
LOGIC DEVICES)
1.
Sejarah PLDs
Sifat pemrograman : X artinya
terhubung (belum terprogram). Pemrograman dilakukan dengan cara memutus “fuse”
yang ada pada tanda X. Tidak dapat diprogram ulang.
Programmable Logic Devices (PLDs)
diperkenalkan pada pertengahan tahun 1970-an. Konsep dasar dari PLD sendiri
adalah bagaimana membuat sebuah sirkuit logika kombinasional yang bersifat
programmable (mampu diprogram). Sirkuit kombinasional merupakan sirkuit yang di
dalamnya tidak memiliki elemen memori. Hal ini berbeda dengan microprocessor
yang mampu menjalankan sebuah program, namun nantinya mempengaruhi perangkat
keras yang telah sudah ditentukan terlebih dahulu. Sedangkan kemampuan
pemrograman PLD sudah direncanakan pada tingkat perangkat keras. Dengan kata
lain, PLD adalah sebuah chip yang memiliki tujuan utama agar nantinya mampu
mengatur perangkat keras sedemikain rupa sesuai dengan spesifikasinya.
Gambar 1.
Programmable Logic Devices
Generasi PLD yang pertama dikenal
dengan nama PAL (Programmable Array Logic) atau PLA (Progrramable Logic Array).
Selanjutnya, pada awal tahun 1980-an, tambahan untaian logika ditambahkan pada
tiap-tiap output PLD. Output baru tersebut diberi nama Macrocell yang diisi
flip-flop, gerbang logika dan multiplekser. Selain itu, Macrocell sendiri juga
bersifat programmable. Apalagi pada cell tersebut disediakan sinyal feedback
yang berasal dari output sirkuit ke progrramable array.
Sinyal tersebut nantinya akan
memberikan PLD tingkat fleksibilitas yang lebih tinggi. Struktur baru dari PLD
inilah yang kemudian secara umum diberi nama PAL (GAL). Arsitektur yang serupa
juga dikanal dengan sebutan PALCE (PAL CMOS Electrically
erasable/programmable). Semuanya (baik PAL, PLA, PLD, maupun GAL/PALCE) secara
umum kini lazim disebut sebagai SPLDs(Simple PLDs).
Gambar 2.
Macrocell
Berikutnya, beberapa perlangkapan GAL
dibuat pada chip yang sama dengan menggunakan penjaluran (routing) yang lebih
canggih, menggunakan teknologi silikon yang lebih rumit serta beberapa tambahan
yang menjadi ciri khas, seperti dukungan JTAG, dan antarmuka untuk beberapa
standar logika. Pendekatan ini kemudian dikenal dengan nama CPLD (Complex PLD).
CPLD saat ini lebih tekenal karena kepadatan (density) yang tinggi, hasil yang
memuaskan, dan biaya yang cukup rendah (CPLD dapat dibeli dengan harga kisaran 1
dolar saja).
Gambar 3.
CPLD
Akhirnya, pada pertengahan 1980-an,
FPGA(Field Proframmable Gate Arrays) mulai diperkenalkan. FPGA berbeda dari
CPLDs dari segi arsitektur, teknologi, ciri khas serta dari segi biaya. FPGA
utamanya ditujukan untuk implementasi yang membutuhkan ukuran besar besar,
serta untuk sirkuit yang memiliki kemampuan tinggi.
Dari penjelasan singkat di atas,
dapat disingkat sejarah evolusi PLD pada tabel berikut :
PLDs
|
Simple PLD (SPLD)
|
PAL
|
PLA
|
||
Registered PAL/PLA
|
||
GAL
|
||
Complex PLD (CPLD)
|
||
FPGA
|
||
Semua jenis PLD (baik simpel atau
kompleks) bersifat non-volative. Mereka semua bersifat OTP (One-time
programmable) atau hanya sekali pemrograman saja. PLD dapat bersifat
reprogrammable (dapat diprogram ulang) dengan menggunakan EEPROM atau Flash
memory (pada umumnya, sekarang menggunakan flash memory). Di sisi lain, FPGA
bersifat volatile sehingga digunakan SRAM untuk menyimpan koneksi. Selain itu,
dibutuhkan konfigurasi ROM untuk mengisi koneksi antara satu dengan yang lain
saat dihidupkan daya listrik. Bagainampun juga, pilihan non-volatile seperti
menggunakan antifuse.
2.
PAL
(Programmable Array Logic)
Programmable Array of Logic (PAL) adalah chip sederhana yang
dapat diprogram dengan 2 jenis gerbang logika sebagai penyusun logic array.
Arsitektur PAL sangat sederhana. Gerbang-gerbang OR disusun membentuk array
kemudian setiap input yang ada disusun melintang terhadap input ke gerbang.
Sifat pemrogramannya yaitu dapat diprogram
secara manual atau menggunakan bantuan komputer. Program PALASM + EPROM
(Erasable Programabel Read Only Memory) Porgrammer. Sifat program memutus fuse.
Dengan program pada PAL dapat melakukan read/write dan menyimpan intern maupun
ekstern (dari ke disket, CD, Hardisk, dll).
Gambar 4. Diagram blok PAL
PAL memiliki
matrik AND yang dapat diprogram sedangkan matrik OR-nya
tetap. Seperti
terlihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 5. PAL yang mempunyai 3
input dan 4 output
3.
PLA
(Programmble Logic Array)
Programmable Logic Array dikenalkan pada
awal tahun 70-an. PLA adalah chip yang dapat dikonfigurasi sekali yang
mengandung gerbang AND dan OR untuk mengimplementasikan fungsi logika
sederhana. Perangkat PLA dapat didefinisikan oleh tiga parameter:
v Jumlah
masukan,
v Jumlah
gerbang AND (kondisi),
v Jumlah
gerbang OR (sebagai modul keluarannya)
Gerbang logika yang
digunakan tidak berubah konfigurasinya, sedangkan yang berubah hanya matriks
penghubungnya yang dapat dikonfigurasi. Matriks penghubung berlaku seperti fuse
(sekering). Variasi arsitektur dari PLA yang hanya merubah (switch)
letak gerbang AND dan OR yang dapat dikonfigurasi adalah Programmable Array
Logic (PAL).
PLA berisi
beberapa buah gerbang AND dan gerbang OR dengan titik-titik hubung input/output tiap titik gerbang
berupa matrik yang dapat diprogram oleh pemakai. Secara blok diagram PLA berisi dua blok gerbang yaitu
blok gerbang AND dan blok gerbang OR
seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar 6. Diagram Blok PLA
3.1
FPLA (Field
Programmable Logic Array)
FPLA mempunyai matrik AND dan matrik OR
yang masing-masing dapat diprogram
seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 7. FPLA yang mempunyai 3
input dan 4 output
Tanda pada matrik AND dan matrik OR adalah bagian
yang dapat diprogram, dimana jika didalam IC PLA tanda adalah merupakan dioda skring, dimana saat
memprogram kita harus memutuskan dioda skring yang tidak diperlukan, sedangkan
yang diperlukan dibiarkan tetap terhubung. FPLA mempunyai matrik AND dan matrik
OR yang keduanya dapat deprogram sehingga sangat fleksibel, memungkinkan
perancang untuk memilih dan memprogram hanya satu bentuk perkalian yang akan
digunakan untuk tiap-tiap fungsi spesifik. Bentuk-bentuk perkalian ini kemudian
dapat dipilih untuk dikombinasikan atau dijumlahkan dengan yang lainnya untuk
membentuk persamaan logika AND-OR (sum
of Product term).
3.2 Complex
Programmable Logic Device (CPLD)
Complex
Programmable Logic Device (CPLD) merupakan pengembangan dari
arsitektur PLA. Chip CPLD meliputi blok logika (macrocell) di
tepi chip, dan matriks penghubung yang terletak di bagian tengah.
Setiap macrocell memiliki struktur yang mirip dengan PLA, sehingga
perangkat CPLD mirip sebagai seperangkat PLA pada satu chip yang dapat
dikonfigurasi sambungannya.
Gambar 8.
Interkoneksi matrix
CPLD biasanya berbasis Flash, yaitu konfigurasi macrocell
dan matriks interkoneksi ditentukan oleh isi dari memori Flash on-chip.
Hal ini menandakan bahwa CPLD tidak perlu dikonfigurasi setelah dinyalakan,
tidak seperti SRAM berbasis FPGA. Perlu diingat bahwa ada juga FPGA berbasis Flash.
Perbedaan utama antara CPLD dan FPGA bukan pada konfigurasi memorinya,
melainkan pada arsitektur dasarnya.
4.
ROM
Sebelum PLD diciptakan, chip ROM dahulunya digunakan untuk membuat kombinasi fungsi logika
yang berubah-ubah dari sejumlah masukan. ROM (Read Only Memory) merupakan memori yang bersifat non-volatile,
yakni walaupun komponen sudah tidak dialiri arus listrik, data yang ada di
dalam memori masih tetap tersimpan. Beberapa jenis ROM antara lain :
Gambar
9. Blok Diagram ROM
Gambar 10. Pemrogaman ROM sesuai dengan tabel kebenaran
Tabel
1. Tabel kebenaran ROM
Input
|
Output
|
||||||||||||
14
|
13
|
12
|
11
|
10
|
A7
|
A6
|
A5
|
A4
|
A3
|
A2
|
A1
|
A0
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
4.1
PROM
(Programmable Read Only Memory), yakni sebuah chip memori
yang data-nya dapat ditulis sekali saja. PROM adalah
salah satu jenis ROM, merupakan alat penyimpan berupa memori (memory device)
yang hanya bias dibaca isinya. PROM memang tergolong memori non-volatile, artinya
program yang tersimpan di dalamnya tidak akan hilang walaupun komputer dimatikan
(tidak mendapatkan daya listrik). Program yang tersimpan di dalamnya bersifat
permanen. Biasanya digunakan untuk menyimpan program bahasa mesin yang sudah menjadi
bagian hardware (perangkat keras) komputer. Contohnya adalah program yang
men-start komputer ketika komputer baru dinyalakan (di-on-kan).
4.2
EPROM
(Erasable Programmable Read Only Memory), yakni sebuah chip
memori yang dapat diprogram secara berulang-ulang dan dihapus menggunakan sinar
UV (Ultra Violet). EPROM adalah jenis
memori chip yang menyimpan data ketika satu dayanya dimatikan. Berbeda dengan
PROM, isi EPROM dapat dihapus setelah diprogram. Penghapusan dilakukan dengan
menggunakan sinar ultra violet. Dengan kata lain, itu adalah non-volatile,
diprogram oleh perangkat elektronik yang memasok tegangan lebih tinggi daripada
yang biasanya digunakan di sirkuit digital. Sekali diprogram, sebuah EPROM
dapat dihapus dengan mengekspos ke kuat ultraviolet cahaya dari sumber
cahaya-uap merkuri. Mudah dikenali oleh transparan leburan kuarsa jendela di
atas paket, melalui mana silikon chip yang terlihat, dan yang memungkinkan
paparan sinar UV
selama menghapus.
4.3
EEPROM
(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), yakni
sebuah chip memori yang dapat diprogram secara berulang-ulang dan dapat dihapus
secara elektrik.
EEPROM
adalah sejenis chip memori yang dapat menyimpan data secara permanen, tetapi
isinya masih bisa dihapus secara elektris melalui program. Salah satu jenis
EEPROM adalah flash memory. Flash memory biasa digunakan pada kamera digital, konsol
video game, dan chip BIOS. Kelebihan utama dari EEPROM dibandingkan EPROM adalah
ia dapat dihapus secara elektris menggunakan cahaya ultraviolet sehingga
prosesnya lebih cepat. Beberapa jenis EEPROM keluaran pertama hanya dapat
dihapus dan ditulis ulang (erase-rewrite) sebanyak 100 kali sedangkan
model terbaru ias sampai 100.000 kali.
4.4
Flash
Memory
Yakni tipe modern dari EEPROM, flash memory dapat dihapus
dan ditulis lebih cepat daripada EEPROM biasa.
Flash
memory adalah sejenis EEPROM yang mengizinkan banyak lokasi memori untuk
dihapus atau ditulis dalam satu operasi pemrograman. Istilah awamnya yaitu
suatu bentuk dari chip memori yang dapat ditulis, tidak seperti chip memori
akses acak/RAM, memori ini dapat menyimpan datanya tanpa membutuhkan penyediaan
listrik. Memori ini biasanya digunakan dalam kartu memori, kandar kilat USB
(USB flash drive), pemutar MP3, kamera digital, dan telepon
genggam.
4.5
EAROM (Electrically Alterable Read Only Memory)
EAROM
yaitu ROM yang hanya dapat diubah atau dihapus dengan elektrik, baik untuk
membaca atau menulis. Akan tetapi untuk menulis dan membaca jauh berbeda maka
EAROM sering disebut memori sebagian besar dibaca. Operasi penulisan untuk
EAROM memerlukan waktu 1 mili detik, sedangkan untuk pembacaan memerlukan waktu
sekitar 1 mikro detik, sehingga EAROM
tidak dapat dipergunakan sebagai memori baca / tulis yang serba guna.
Keuntungan EAROM, yaitu tidak mudah terhapus dan tidak memerlukan catu daya
tambahan seperti baterai.
0 komentar:
Posting Komentar