REDUKSI OKSIDASI (REDOKS)

REAKSI REDUKSI OKSIDASI(REDOKS)

Setelah mempelajari modul ini diharapkan siswa mampu menjelaskan  perkembangan  konsep  reaksi  reduksi  oksidasi dan  hubungannya dengan  tata  nama  senyawa  serta  penerapannya.

A. PENGERTIAN REDUKSI OKSIDASI

Pengikatan Oksigen :

Senyawa yang terbentuk dari hasil reaksi dengan oksigen  dinamakan oksida sehingga reaksi antara oksigen dan suatu unsur dinamakan reaksi oksidasi. Karat  besi  adalah  senyawa  yang  terbentuk  dari  hasil  reaksi  antara besi dan oksigen (besi oksida). Perkaratan besi merupakan salah satu contoh dari reaksi  oksidasi.  Persamaan  reaksi  pembentukan  oksida  besi dapat  ditulis  sebagai  berikut.

Pada reaksi tersebut, besi mengalami oksidasi dengan cara mengikat oksigen  menjadi  besi  oksida. Kebalikan dari reaksi oksidasi dinamakan reaksi reduksi. Pada reaksi reduksi  terjadi  pelepasan  oksigen.  Besi  oksida  dapat direduksi  dengan cara  direaksikan  dengan  gas  hidrogen,  persamaan  reaksinya:

Pelepasan dan Penerimaan Elektron

Dalam konsep redoks, peristiwa pelepasan elektron dinamakan oksidasi, sedangkan  peristiwa  penerimaan  elektron  dinamakan  reduksi. Reaksi redoks pada peristiwa perkaratan besi dapat dijelaskan dengan reaksi  berikut:

Pada  reaksi  tersebut,  enam  elektron  dilepaskan  oleh  dua  atom  besi  dan diterima oleh tiga atom oksigen membentuk senyawa Fe2O3, Oleh karena itu, peristiwa oksidasi selalu disertai peristiwa reduksi. Pada setiap persamaan reaksi,  massa  dan  muatan  harus  setara  antara  ruas  kanan  dan  ruas  kiri (ingat  kembali  penulisan  persamaan  reaksi). Persamaan reaksi redoks tersebut memiliki muatan dan jumlah atom yang sama antara ruas sebelah kiri dan sebelah kanan persamaan reaksi. Oksidasi  besi  netral  melepaskan  elektron  yang  membuatnya  kehilangan muatan.  Dengan  menyamakan  koefisiennya  maka  muatan  pada  kedua ruas  persamaan  reaksi  menjadi  sama.  Penyetaraan  pada  reaksi  reduksi oksigen  juga  menggunakan  cara  yang  sama.

Contoh Reaksi Reduksi Oksidasi berdasarkan Transfer elektron

Dari persamaan tersebut, dapat diketahui bahwa Mg melepaskan elektron dan Cl menerima elektron. Dengan demikian, Mg mengalami oksidasi dan Cl mengalami reduksi.

Reduktor dan Oksidator

Dalam  reaksi  redoks,  pereaksi  yang  dapat  mengoksidasi  pereaksi  lain dinamakan  zat  pengoksidasi  atau  oksidator.  Sebaliknya,  zat  yang  dapat mereduksi  zat  lain  dinamakan  zat  pereduksi  atau  reduktor. Pada Contoh diatas, Magnesium melepaskan elektron yang menyebabkan  klorin  mengalami  reduksi.  Dalam  hal  ini,  magnesium  disebut  zat pereduksi  atau  reduktor.  Sebaliknya,  atom  klorin  berperan  dalam mengoksidasi  magnesium  sehingga  klorin  disebut oksidator.

Contoh Reduktor dan Oksidator

Reaksi Redoks Berdasarkan Perubahan Bilangan Oksidasi

Bagaimana  bilangan  oksidasi  dapat  menjelaskan  reaksi  redoks?  Apa Anda  cukup  puas  dengan  konsep  transfer  elektron? Tinjau antara reaksi SO2 dengan O2 membentuk SO3. Reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut :

Jika  dikaji  berdasarkan  konsep  pengikatan  oksigen  maka  reaksi tersebut  adalah  reaksi  oksidasi.  Jika  dikaji  berdasarkan  transfer  elektron maka Anda mungkin akan bingung, mengapa? Pada reaksi tersebut tidak terjadi transfer  elektron,  tetapi terjadi penggunaan  bersama  pasangan elektron  membentuk  ikatan  kovalen. Reaksi tersebut tidak dapat dijelaskan dengan konsep transfer  elektron.

Oleh karena banyak reaksi redoks yang tidak dapat dijelaskan  dengan konsep pengikatan oksigen maupun transfer elektron  maka para pakar kimia mengembangkan konsep alternatif, yaitu perubahan bilangan oksidasi. Menurut konsep  ini,  jika  dalam  reaksi  bilangan  oksidasi  atom  meningkat  maka atom  tersebut  mengalami  oksidasi.  Sebaliknya,  jika  bilangan  oksidasinya turun  maka  atom  tersebut  mengalami  reduksi.

Untuk  mengetahui  suatu  reaksi tergolong reaksi redoks atau bukan menurut konsep perubahan bilangan oksidasi maka perlu diketahui biloks dari setiap atom, baik dalam pereaksi maupun  hasil  reaksi.

Berdasarkan  diagram  tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa:

Atom  S  mengalami  kenaikan  biloks  dari  +4  menjadi  +6,  peristiwa ini  disebut  oksidasi; atom O mengalami penurunan biloks dari 0 menjadi –2, peristiwa ini disebut  reduksi. Dengan  demikian,  reaksi  tersebut  adalah  reaksi  redoks.

Oleh  karena molekul  O2 menyebabkan  molekul  SO2 teroksidasi  maka molekul  O2 adalah  oksidator.  Molekul  O2 sendiri  mengalami  reduksi  akibat  molekul SO2 sehingga  SO2 disebut reduktor.

Contoh Reaksi Redoks Menurut Perubahan Bilangan Oksidasi

LARUTAN ELEKTROLIT DAN NON ELEKTROLIT

1. LARUTAN

Larutan adalah campuran yang bersifat homogen atau sama. Jika anda melarutkan 2 sendok makan gula putih (pasir) ke dalam segelas air, maka Anda telah mendapatkan larutan gula. Terdapat 2 larutan yaitu; larutan Elektrolit dan Larutan Non-Elektrolit.

1.1 Larutan Elektrolit
Larutan elektrolit merupakan larutan yang dibentuk dari zat elektrolit. Sedangkan zat elektrolit itu sendiri merupakan zat-zat yang di dalam air terurai membentuk ion-ionnya. Zat elektrolit yang terurai sempurna di dalam air disebut Elektrolit Kuat dan larutan yang dibentuknya disebut Larutan Elektrolit Kuat. Zat elektrolit yang hanya terurai sebagian membentuk ion-ionnya di dalam air disebut Elektrolit Lemah dan larutan yang dibentuknya disebut Larutan Elektrolit Lemah.
1.2 Larutan Non-Elektrolit
Larutan non elektrolit merupakan larutan yang dibentuk dari zat non elektrolit. Sedangkan zat non elektrolit itu sendiri merupakan zat-zat yang di dalam air tidak terurai dalam bentuk ion-ionnya, tetapi terurai dalam bentuk molekuler.
1.3 Membedakan Larutan Elektrolit dan Larutan Non Elektrolit
Larutan elektolit dan non elektrolit dapat dibedakan dengan jelas dari sifatnya yaitu penghantaran Listrik.
a). Larutan elektrolit dapat menghantarkan listrik.
Hal ini untuk pertama kalinya diterangkan oleh Svante August Arrhenius(1859-1927), seorang ilmuwan dari Swedia. Arrhenius menemukan bahwa zat elektrolit dalam air akan terurai menjadi partikel-partikel berupa atom atau gugus atom yang bermuatan listrik. Karena secara total larutan tidak bermuatan, maka jumlah muatan positif dalam larutan harus sama dengan muatan negatif.
Atom atau gugus atom yang bermuatan listrik itu dinamai ion. Ion yang bemuatan positif disebut kation, sedangkan ion yang bermuatan negatif disebut anion. Pembuktian sifat larutan elektrolit yang dapat menghantarkan listrik ini dapat diperlihatkan melalui eksperimen. Zat-zat yang tergolong elektrolit yaitu asam, basa, dan garam.
Contoh larutan elektrolit kuat : HCl, HBr, HI, HNO3, dan lain-lain
Contoh larutan elektrolit lemah :CH3COOH, Al(OH)3 dan Na2CO3
b). Larutan non elektrolit tidak dapat menghantarkan listrik.
Adapun larutan non elektrolit terdiri atas zat-zat non elektrolit yang tidak dilarutkan ke dalam air tidak terurai menjadi ion ( tidak terionisasi ). Dalam larutan, mereka tetap berupa molekul yang tidak bermuatan listrik. Itulah sebabnya larutan non elektrolit tidak dapat menghantarkan listrik. Pembuktian sifat larutan non elektrolit yang tidak dapat menghantarkan listrik ini dapat diperlihatkan melalui eksperimen.
Contoh larutan non elektrolit : Larutan Gula (C12H22O11), Etanol (C2H5OH), Urea (CO(NH)2), Glukosa (C6H12O6), dan lain-lain

1.4 Kekuatan Elektrolit
Kekuatan suatu elektrolit ditandai dengan suatu besaran yang disebut derajat ionisasi (α) Keterangan :
Elektrolit kuat memiliki harga α = 1, sebab semua zat yang dilarutkan terurai menjadi ion.
Elektrolit lemah memiliki harga α<1 br="br" hanya="hanya" ion.="ion." menjadi="menjadi" sebab="sebab" sebagian="sebagian" terurai="terurai" yang="yang"> Adapun non elektrolit memiliki harga α = 0, sebab tidak ada yang terurai menjadi ion.

Elektrolit kuat : α = 1(terionisasi sempurna)
Elektrolit lemah : 0 < α < 1 (terionisasi sebagian)
Non Elektrolit : α = 0 (tidak terionisasi)

1.5 Reaksi Ionisasi Elektrolit Kuat

Larutan yang dapat memberikan lampu terang, gelembung gasnya banyak, maka laurtan ini merupakan elektrolit kuat. Umumnya elektrolit kuat adalah larutan garam. Dalam proses ionisasinya, elektrolit kuat menghasilkan banyak ion maka a = 1 (terurai senyawa), pada persamaan reaksi ionisasi elektrolit kuat ditandai dengan anak panah satu arah ke kanan.

Perlu diketahui pula elektrolit kuat ada beberapa dari asam dan basa.
Contoh :
NaCl (aq)

KI (aq)

Ca(NO3)2(g) Na+(aq) + Cl-(aq)

K+(aq) + I-(aq)

Ca2+(aq) + NO3-(aq)

Di bawah ini diberikan kation dan anion yang dapat membentuk elektrolit kuat.
Kation : Na+, L+, K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, NH4+
Anion : Cl-, Br-, I-, SO42-, NO3-, ClO4-, HSO4-, CO32-, HCO32-

Cobalah Anda buatkan 5 macam garam lengkap dengan reaksi ionisasinya sesuai dengan kation dan anion pembentuknya seperti di bawah ini.
No. Kation dan Anion Rumus Senyawa Reaksi Kimia
1. Mg2+Br-
2. Na+SO42-
3. Ca2+ClO4-
4. Ba2+NO32-
5. NH4+Cl-

Jawaban :
Mg2+
Br-
MgBr2
Mg2+ + 2Br-
Na+
SO42-
Na2SO4
2Na+ + SO42-
Ca2+
ClO4-
Ca(ClO4)4
Ca2+ + 2ClO4-
Ba2+
NO32-
Ba(NO3)2
Ba2+ + 2NO3-
NH4+
Cl-
NH4Cl
NH4+ + Cl-

1.6 Reaksi Ionisasi Elektrolit Lemah

Larutan yang dapat memberikan nyala redup ataupun tidak menyala, tetapi masih terdapat gelembung gas pada elektrodanya maka larutan ini merupakan elekrtolit lemah. Daya hantarnya buruh dan memiliki á (derajat ionisasi) kecil, karena sedikit larutan yang terurai (terionisasi). Makin sedikit yang terionisasi, makin lemah elektrolit tersebut. Dalam persamaan reaksi ionisasi elektrolit lemah ditandai dengan panah dua arah (bolak-balik) artinya tidak semua molekul terurai (ionisasi tidak sempurna)
Contoh:
CH3COOH(aq)

NH4OH(g) CH3COO-(aq) + H+(aq)

NH4+(aq) + OH-(aq)

Di bawah ini diberikan beberapa larutaan elektrolit lemah, tuliskanlah reaksi ionisasinya.
a. H2S(aq)
b. H3PO4 (aq)
c. HF(g) d. HCOOH(aq)
e. HCN(aq)
Jawaban :
a. H2S(aq)

b. H3PO4 (aq)

c. HF(g)

d. HCOOH(aq)

e. HCN(aq) 2H+(aq) + S2-(aq)

3H+(aq) + PO43-(aq)

H+(aq) + F-(aq)

H+(aq) + HCOO+(aq)

H+(aq) + CN-(aq)

2. Cara Larutan Elektrolit Menghantarkan Arus Listrik

Pada tahun 1884, Svante Arrhenius, ahli kimia terkenal dari Swedia mengemukakan teori elektrolit yang sampai saat ini teori tersebut tetap bertahan padahal ia hampir saja tidak diberikan gelar doktornya di Universitas Upsala, Swedia, karena mengungkapkan teori ini. Menurut Arrhenius, larutan elektrolit dalam air terdisosiasi ke dalam partikel-partikel bermuatan listrik positif dan negatif yang disebut ion (ion positif dan ion negatif) Jumlah muatan ion positif akan sama dengan jumlah muatan ion negatif, sehingga muatan ion-ion dalam larutan netral. Ion-ion inilah yang bertugas mengahantarkan arus listrik.

” Larutan elektrolit dapat menghantarkan listrik karena mengandung ion-ion yang dapat bergerak bebas. Ion-ion itulah yang menghantarkan arus listrik melalui larutan”.
Larutan yang dapat menghantarkan arus listrik disebut larutan elektrolit.
Larutan ini memberikan gejala berupa menyalanya lampu atau timbulnya gelembung gas dalam larutan.
Larutan elektrolit mengandung partikel-partikel yang bermuatan (kation dan anion). Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Michael Faraday, diketahui bahwa jika arus listrik dialirkan ke dalam larutan elektrolit akan terjadi proses elektrolisis yang menghasilkan gas. Gelembung gas ini terbentuk karena ion positif mengalami reaksi reduksi dan ion negatif mengalami oksidasi. Contoh, pada laruutan HCl terjadi reaksi elektrolisis yang menghasilkan gas hidrogen sebagai berikut.

HCl(aq)→ H+(aq) + Cl-(aq)
Reaksi reduksi : 2H+(aq) + 2e- → H2(g)
Reaksi oksidasi : 2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e-
Larutan elektrolit terdiri dari larutan elektrolit kuat contohnya HCl, H2SO4, dan larutan elektrolit lemah contohnya CH3COOH, NH3, H2S.
Larutan elektrolit dapat bersumber dari senyawa ion (senyawa yang mempunyai ikatan ion) atau senyawa kovalen polar (senyawa yang mempunyai ikatan kovalen polar)

Zat elektrolit yang terurai dalam air menjadi ion-ion :
HaCl (s) Na+ (aq) + Cl- (aq)
HCl (g) H+ (aq) + Cl- (aq)
H2SO4 (aq) 2H+ (aq) + SO4 2- (aq)
HaOH (s) Na+ (aq) + OH- (aq)
CH3COOH (l) CH3COO- (aq) + H+ (aq)
Zat non elektrolit yang tidak terurai menjadi ion-ion, tapi tetap berupa molekul
C2H5OH (l) C2H5OH (aq)
CO(NH2)2 (s) CO(NH2)2 (aq)
Reaksi peruraian disebut elektrolisis
Reaksi reduksi : pada katode, electron ditangkap oleh ion
Reaksi oksidasi : pada anode, ion akan melepaskan electron
Berdasarkan pelepasan dan pengikatan oksigen
Reaksi oksidasi : reaksi pengikatan oksigen
Contoh : C6H1206 CO2 + 6H2O
3S + 2KClO3 2KCl + 3SO2
Reaksi Reduksi :Reaksi pelepasan oksigen
Contoh : Fe2O3 + 3CO 2Fe2 + 3CO2
CuO + H2 Cu + H2O

3. Hubungan Keelektrolitan dengan ikatan kimia
3.1 Senyawa Ion

Sebagai contoh dari kegiatan percobaan yang tergolong larutan elektrolit yang berikatan ion adalah garam dapur.

Dapatkah Anda membedakan daya hantar listrik untuk garam pada saat kristal, lelehan dan larutan?

Cobalah perhatikan uraian berikut.
NaCl adalah senyawa ion, jika dalam keadaan kristal sudah sebagai ion-ion, tetapi ion-ion itu terikat satu sama lain dengan rapat dan kuat, sehingga tidak bebas bergerak. Jadi dalam keadaan kristal (padatan) senyawa ion tidak dapat menghantarkan listrik, tetapi jika garam yang berikatan ion tersebut dalam keadaan lelehan atau larutan, maka ion-ionnya akan bergerak bebas, sehingga dapat menghantarkan listrik.

Pada saat senyawa NaCl dilarutkan dalam air, ion-ion yang tersusun rapat dan terikat akan tertarik oleh molekul-molekul air dan air akan menyusup di sela-sela butir-butir ion tersebut (proses hidasi) yang akhirnya akan terlepas satu sama lain dan bergerak bebas dalam larutan.
Yang termasuk ke dalam senyawa ion adalah senyawa basa dan garam.
NaCl (s) + air Na+ (aq) + Cl-(aq)

Gambar 5. Proses pelarutan padatan kristal

3.2 Senyawa Kovalen

Senyawa kovalen terbagi menjadi senyawa kovalen non polar misalnya : F2, Cl2, Br2, I2, CH4 dan kovalen polar misalnya : HCl, HBr, HI, NH3.
Dari hasil percobaan, hanya senyawa yang berikatan kovalen polarlah yang dapat menghantarkan arus listrik. Bagaimanakah hal ini dapat dijelaskan?

Kalau kita perhatikan, bahwa HCl merupakan senyawa kovalen di atom bersifat polar, pasangan elektron ikatan tertarik ke atom Cl yang lebih elektro negatif dibanding dengan atom H. Sehingga pada HCl, atom H lebih positif dan atom Cl lebih negatif.

Struktur lewis:

Reaksi ionisasi nya adalah sebagai berikut : HCL(aq) H+(aq) + Cl-(aq)
Jadi walaupun molekul HCl bukan senyawa ion, jika dilarutkan ke dalam air maka larutannya dapat menghantarkan arus listrik karena menghasilkan ion-ion yang bergerak bebas.
HCl(g) + H2O(l)

HCl(g)

HCl(g) H3O+(aq) + Cl-(aq)

H3O+ + Cl-(g)

H+(aq) + Cl-(aq)

Apakah HCl dalam keadaan murni dapat menghantarkan arus listrik? Karena HCl dalam keadaan murni berupa molekul-molekul tidak mengandung ion-ion, maka cairan HCl murni tidak dapat menghantarkan arus listrik.

4. Kesimpulan                                                                       
Dari penjelasan di atas maka dapat disimpulkan bahwa suatu larutan akan dapat menghantarkan listrik apabila lrutan tersebut memiliki ion-ion yang bergerak bebas, tapi apabila ion-ion berbentuk rapat dan kuat, sehingga tidak dapat bergerak bebas maka larutan tersebut tidak dapat menghantarkan listrik.

                                        ROHADIN AIS

ARSITEKTUR MIKROPROSESOR Z 80

ARSITEKTUR MIKROPROSESOR Z80

 

                          

DI SUSUN OLEH

NAMA: ROHADIN AIS (ロハヂンアイス)

KELAS:  XI ELIN II

SMK NEGRI 2 KURIPAN

Jln.TGH Ibrahim Al-khalidy kec.kuripan-kab. Lombok barat.TELP 0370-6606443

  E-mail: smk2kuripan_lobar@yahoo.com website.smkn2kuripan.sch.id

Mikroprosesor Zilog Z80

Mikroprosesor Zilog Z80 dikembangkan oleh Zilog Inc. dan mulai dipasarkan pada tahun 1976. Z80 merupakan sebuah mikroprosesor satu chip dan dimaksudkan untuk menggantikan Intel 8080 yang memerlukan dua chip tambahan (sebuah penghasil detak sistem dan sebuah pengontrol sistem) untuk membentuk sebuah CPU yang fungsional.

Pada dasarnya Z80 memiliki semua keistimewaan (features) yang dimiliki Intel 8080, dan segi perangkat keras maupun perangkat lunak. Tetapi Z80 masih memiliki sejumlah keistimewaan penting lainnya yang tidak dimiliki Intel 8080. Salah satu keistimewaan Z80 ini adalah kemampuannya untuk melakukan penyegaran memori secara dinamis (dynamic memory refresh) secara otomatis. Adalah menarik untuk diketahui bahwa beberapa pendiri Zilog Inc. adalah mantan para ahli Intel Corporation yang ikut merancang Intel 8080, tetapi kemudian pindah ke Zilog Inc.

Mikroprosesor Z80 dibuat dengan menggunakan teknologi NMOS dan dikemas dalam sebuah DIP (dual inline package) dengan 40 pin. Jumlah saluran alamatnya sama dengan 16, dan jumlah saluran datanya delapan. Saluran-saluran ini tidak di-multiplexed. Mikroprosesor Z80 sudah memiliki penghasil detak (clock) sendiri dan hanya memerlukan satu tegangan catu +5 volt.

Secara garis besar dapat dikatakan bahwa jumlah register dan jumlah instruksi Z80 kira-kira dua kali Intel 8080/8085. Kumpulan instruksi Intel 8080 merupakan suatu sub kumpulan dari kumpulan instruksi Z80, artinya Z80 memiliki semua instruksi yang dimiliki Intel 8080, tetapi selain itu Z80 masih memiliki banyak instruksi lain yang tidak dimiliki Intel 8080. mikroprosesor Z80 memiliki 158 instruksi dasar, sedangkan Intel 8080 hanya 78. Karena itu bisa dikatakan bahwa Z80 upward compatible dengan Intel 8080.

Z80 adalah mikroprosesor yang digunakan dalam komputer pribadi Radio Shack TRS-80. Z80 bekerja dengan sinyal detak (clock) 2,5 MHz. Versi Z80A sama dengan Z80, hanya Z80A dapat bekerja dengan sinyal detak 4 MHz.

Gambar 1 Chip mikroprosesor Zilog Z80 (Z0840008PSC)

Fitur Zilog Z80

	Perluasan set instruksi terdiri dari 158 instruksi, termasuk 78 instruksi 8080A sebagai subsetnya (semuanya kompatibel). Instruksi baru termasuk operasi 4-, 8- dan 16-bit dengan mode pengalamatan lebih berguna seperti pengalamatan terindeks, bit, dan pengalamatan relatif.
	Chip tunggal. Dengan versi NMOS untuk solusi harga rendah kinerja tinggi, sementara versi CMOS untuk rancangan kinerja tinggi berdaya rendah
	NMOS Z0840004 – 4 MHz; NMOS Z0840006 – 6,17 MHz; NMOS Z0840008 – 8 MHz.
	CMOS Z84C0006 – DC sampai 6,17 MHz; CMOS Z84C0008 – DC sampai 8 MHz; CMOS Z84C0010 – DC sampai 10 MHz; CMOS Z84C0020 – DC sampai 20 MHz
	Versi 6 MHz bisa beroperasi pada clock 6,144 MHz.
	Mikroprosesor Z80 dan keluarga periferal Z80 bisa dihubungkan dengan sebuah sistem interupsi tervektor. Sistem ini bisa dihubungkan secara daisy-chain yang mengijinkan implementasi skema interupsi terprioritas.
	Penggandaan kumpulan (set) register serba-guna dan flag
	17 register internal termasuk dua register indeks 16-bit
	Tiga mode interupsi maskable

	Mode 0 – sama dengan 8080A
	Mode 1 – Lingkungan non-Z80, beralamat di 38H
	Mode 2 – periferal keluarga Z80, interupsi tervektor
	Pencacah refresh memori dinamis dalam chip
	Antarmuka langsung dengan memori dinamis atau statis kecepatan standar tanpa membutuhkan logika eksternal
	Kinerja jauh di atas mikroprosesor chip tunggal lain dalam aplikasi 4-, 8-, atau 16-bit
	Semua pin kompatibel dengan level tegangan TTL (TTL Compatible).

Arsitektur Mikroprosesor Zilog Z80

CPU Z80 adalah mikroprosesor generasi keempat yang ditingkatkan tak terkecuali untuk kebutuhan daya komputasi. Mikroprosesor ini menawarkan throughput sistem yang lebih tinggi dan penggunaan memori yang efisien dibandingkan dengan mikroprosesor yang sama pada generasi kedua dan ketiga. Register internalnya terdiri dari 208-bit memori baca/tulis yang bisa diakses oleh programmer. Register-register tersebut termasuk dua set enam register serba-guna yang bisa digunakan secara sendiri-sendiri (individual) sebagai register 8-bit atau sebagai pasangan register 16-bit. Sebagai tambahan, ada dua set register lagi, yaitu akumulator dan register bendera (flag). Grup perintah "Exchange" membuat set register utama atau register alternatif bisa diakses oleh programmer. Set alternatif mengijinkan operasi dalam mode nampak-tersembunyi (foreground-background) atau bisa digunakan sebagai cadangan bagi tanggapan interupsi sangat cepat.

CPU Z80 juga tersusun atas sebuah Stack Pointer, Program Counter, dua buah register indeks, sebuah register Refresh (counter), dan sebuah register interupsi.CPU Z80 juga sangat mudah disertakan pada sistem karena hanya memerlukan sumber tegangan tunggal +5V. Semua sinyal output sepenuhnya di-decode dan di-time untuk mengontrol sirkuit memori atau periferal standar. CPU Z80 didukung oleh perluasan keluarga pengontrol periferal.

Diagram blok internal (Gambar 2) memperlihatkan fungsi utama dari prosesor Z80. Bagian-bagian utama mikroprosesor Z80 adalah:

	ALU (Aritmatic and Logic Unit), bagian ini merupakan pusat pengolahan data. Di bagian ini dilakukan operasi-operasi logika, seperti: AND dan OR, serta operasi-perasi aritmatika, seperti: penjumlahan dan pengurangan.
	Larik Register (Registers Array), merupakan kumpulan register-register yang terdiri dari register serba-guna dan register fungsi khusus.
	Register Instruksi (Instruction Register), merupakan tempat untuk menyimpan sementara instruksi yang akan diterjemahkan oleh penerjemah (decoder) instruksi.
	Decoder (Penerjemah) Instruksi (Instruction Decoder), merupakan bagian yang berfungsi dalam menerjemahkan instruksi yang diambil dari memori setelah sebelumnya melewati register instruksi.
	Kontrol Pewaktuan CPU (CPU Timing Control), bagian ini berfungsi dalam mengendalikan kerja CPU secara keseluruhan dan juga pewaktuan bagi periferal atau memori yang memiliki hubungan dengan CPU.
	Antarmuka Bus Data (Data Bus Interface), bagian ini merupakan pintu gerbang untuk keluar-masuk data dari dan ke CPU.
	Penyangga dan Logika Alamat (Address Logic and Buffer), bagian ini berfungsi dalam menyediakan alamat memori atau I/O yang diakses oleh CPU.
	Bus Data Internal (Internal Data Bus), di bagian ini lalu lintas data dalam CPU berlangsung.

Gambar 2 Arsitektur mikroprosesor Zilog Z80

Tabel 1 Register-register internal mikroprosesor Zilog Z80

Register		Ukuran	Keterangan
A, A'	Akumulator	8-bit	Menyimpan sebuah operand atau hasil sebuah operasi
F, F'	Flag	8-bit	menyimpan flag atau tanda dari operasi yang dilakukan ALU
B, B'	Serbaguna	8-bit	Bisa digunakan tersendiri atau sebagai register 16-bit dengan C
C, C'	Serbaguna	8-bit	Bisa digunakan tersendiri atau sebagai register 16-bit dengan B
D, D'	Serbaguna	8-bit	Bisa digunakan tersendiri atau sebagai register 16-bit dengan E
E, E'	Serbaguna	8-bit	Bisa digunakan tersendiri atau sebagai register 16-bit dengan D
H, H'	Serbaguna	8-bit	Bisa digunakan tersendiri atau sebagai register 16-bit dengan L
L, L'	Serbaguna	8-bit	Bisa digunakan tersendiri atau sebagai register 16-bit dengan H
I	Register interupsi	8-bit	Menyimpan delapan bit tinggi alamat memori untuk pemrosesan interupsi tervektor
R	Register refresh	8-bit	Menyediakan refresh memori dinasmis yang tak terlihat oleh pengguna. Secara otomatis di-increment dan ditempatkan pada saluran alamat selama tiap siklus pengambilan instruksi
IX	Register indeks	8-bit	Digunakan dalam pengalamatan terindeks
IY	Register indeks	8-bit	Digunakan dalam pengalamatan terindeks
SP	Penunjuk Stack	8-bit	Memegang alamat atas stack. Lihat instruksi Push atau Pop
PC	Pencacah Program	8-bit	Memegang alamat instruksi selanjutnya
IFF1 - IFF2	Enable Interupsi	8-bit	Set atau reset untuk menunjukkan status interupsi
IMFa - IMFb	Mode Interupsi	8-bit	Menggambarkan mode interupsi

Gambar 3 Susunan register-register mikroprosesor Zilog Z80

Gambar 3 memperlihatkan tiga grup register di dalam CPU. Grup pertama terdiri atas set salinan/penggandaan register 8-bit: satu set prinsipal dan satu set alternatif (yang ditunjukkan oleh ' (petik tunggal) seperti A'). Kedua set terdiri dari register Akumalator, register Flag, dan enam register serba-guna. Transfer data antara set register salinan tersebut dipenuhi dengan instruksi "Exchange". Hasilnya tanggapan yang lebih cepat untuk interupsi dan implementasi efisien, mudah dari teknik pemrograman serba guna sebagai pemrosesan data nampak-tersembunyi (background-foreground). Set register kedua terdiri atas enam register dengan fungsi-fungsi khusus. Register-register tersebut adalah I (register interupsi), R (register refresh), IX dan IY (register indeks), SP (Stack Pointer) dan PC (Program Counter). Grup ketiga terdiri atas dua flip-flop status interupsi ditambah satu pasang flip-flop yang membantu dalam indentifikasi mode interupsi di waktu tertentu. Tabel 1 memperlihatkan informasi register-register tersebut.

Pada dasarnya register-register CPU Z80 terbagi ke dalam dua jenis, yaitu

Register serba-guna (GPR: General-purpose Registers)

	Register Akumulator. Register ini sangat penting peranannya dalam pengolahan data oleh ALU. Berbagai operasi logika dan aritmatika menggunakan register ini untuk menyimpan salah satu operan dan menyimpan hasil operasi yang telah dilakukan oleh ALU.
	Register Bendera (flag). Register ini merupakan status dari berbagai hasil operasi yang dilakukan ALU. Operasi logika dan aritmatika yang dilakukan oleh ALU akan mempengaruhi sebagian atau seluruh flag-flag yang ada dalam register flag ini. Register flag ini terdiri atas:

7	6	5	4	3	2	1	0
S	Z	-	H	-	P/V	N	C

	S : bendera tanda (sign flag) yang menyatakan hasil operasi aritmatika. Bidang ini akan bernilai 1 jika MSB (most significant byte) bernilai 1.
	Z : bendera nol (zero flag). Bidang ini menyatakan hasil dari operasi yang dilakukan ALU apakah menghasilkan nol atau tidak. Bidang ini bernilai 1 jika hasil operasi ALU sama dengan nol.
	H : Bendera Pengambilan setengah (half-carry). Bendera ini bernilai 1 jika operasi penambahan atau pengurangan menghasilkan sebuah pengambilan ke dalam, atau meminjam dari bit 4 akumulator.
	P/V : Bendera paritas atau oberflow. Paritas (P) dan overflow berbagi bendera yang sama. Operasi logika mengakibatkan bendera ini dengan paritas hasil sementara operasi aritmatika mempengaruhi bendera ini dengan overflow dari hasil. Jika P/V memegang paritas: P/V = 1 jika hasil operasi adalah genap; P/V = 0 jika hasilnya ganjil. Jika P/V memegang overflow, P/V = 1 jika hasil operasi mengeluarkan sebuah overflow; jika P/V tidak memegang overflow, P/V sama dengan 0.
	N : Bendera Tambah/Kurang (Add/Subtract). Nilai bendera ini sama dengan 1 jika operasi sebelumnya adalah pengurangan (subtract).
	C : Bendera Pengambilan/Sambungan (carry/link). Bendera ini bernilai 1 jika operasi menghasilkan pengambilan (carry) dari MSB operand atau hasil.
	Register Serba-guna lainnya (B, C, D, E, H, L).
	Register fungsi khusus (SFR: Special Function Registers)

	Program Counter (PC), register ini perfungsi sebagai pencacah alamat instruksi selanjutnya yang akan diambil dari memori.
	Stack Pointer (SP), register ini menyimpan alamat atas (top) dari stack. Stack berfungsi sebagai penyimpanan dalam memori yang sifatnya sementara bagi nilai-nilai (value) dari register-register CPU ketika register tersebut akan dipakai. Stack digunakan dengan perintah Push dan Pop.
	Register Indeks (IX dan IY), register ini digunakan untuk pengalamatan terindeks.
	Register Interupsi (I), register ini menyimpan alamat memori untuk vektor interupsi.
	Register Refresh (R)
	Flip-flop Status Interupsi (IFF) dan Mode Interupsi (IMF).

Interupsi

CPU Z80 menerima dua sinyal input interupsi: NMI# dan INT#. NMI# adalah interupsi non-maskable dan memiliki prioritas tertinggi. INT# adalah interupsi berprioritas lebih rendah dan diperlukan bahwa interupsi ini diaktifkan melalui software agar beroperasi. INT# bisa dihubungkan ke divais periferal bervariasi dalam konfigurasi terhubung OR.

Z80 memiliki sebuah mode tanggapan tunggal bagi layanan interupsi pada interupsi non-maskable. Interupsi maskable, INT#, memiliki tiga mode tanggapan yang bisa diprogram yang tersedia. Mereka itu adalah:

	Mode 0 – sama dengan mikroprosesor 8080
	Mode 1 – layanan interupsi periferal untuk penggunaan dengan sistem bukan 8080/Z80
	Mode 2 – skema interupsi tervektor, biasanya di-daisy-chain, bagi pernggunaan dengan keluarga Z80 dan divais periferal yang sesuai (kompatibel).

CPU melayani interupsi dengan men-sampling sinyal NMI# dan INT# pada sisi menaik (raising edge) clock terakhir sebuah instruksi. Selanjutnya pemrosesan layanan interupsi tergantung pada jenis interupsi yang dideteksi.

Interupsi Non-Maskable (NMI: Non-Maskable Interrupt). Interupsi Non-Maskable tidak bisa dinon-aktifkan dengan kontrol program dan oleh karena itu akan diterima di setiap waktu oleh CPU. NMI# biasanya dijadikan cadangan hanya bagi layanan jenis interupsi berprioritas tertinggi, seperti untukshutdown setelah adanya gangguan daya yang terdeteksi. Setelah pengenalan sinyal NMI# (penyediaan BUSREQ# tidak aktif), CPU melompat ke lokasi restart 0066H. Normalnya, software mengawali pada alamat tersebut yang berisi rutin layanan interupsi.

Interupsi Maskable (INT#). Dengan tanpa memperhatikan mode interupsi yang diset oleh pengguna, CPU menanggapi masukan (input) interupsi maskable menurut satu siklus pewaktuan umum. Setelah interupsi dideteksi oleh CPU (dinyatakan bahwa interupsi diaktifkan dan BUSREQ# tidak aktif) satu siklus pemrosesan interupsi khusus dimulai. Dimulai dengan siklus pengambilan khusus (M1#) dimana IORQ# menjadi aktif sementara MREQ# tidak, sebagaimana dalam siklus M1# normal. Sebagai tambahan, siklus M1# khusus ini secara otomatis diperpanjang sebanyak dua keadaan WAIT#, untuk mengijinkan bagi waktu yang diperlukan dalam pemberitahuan permintaan interupsi.

Operasi Interupsi Mode 0. Mode ini sama dengan prosedur layanan interupsi mikroprosesor 8080. Divais yang menginterupsi menempatkan sebuah instruksi pada bus data. Normalnya sebuah instruksi Restart, yang memulai satu pemanggilan pada satu lokasi dari delapan lokasi restart yang terpilih di halaman (page) memori nol. Tidak seperti 8080, CPU Z80 merespon pada instruksi Call dengan hanya satu siklus pemberitahuan interupsi diikuti dengan dua siklus baca memori.

Operasi Interupsi Mode 1. Operasi Mode 1 sangat sama dengan interupsi NMI#. Secara prinsip perbedaannya hanya satu yaitu interupsi Mode 1 restart (memulai kembali) pada alamat 0038H.

Operasi Interupsi Mode 2. Mode interupsi ini telah dirancang untuk penggunaan kemampuan yang sangat efektif dari mikroprosesor Z80 dan hubungannya dengan keluarga periferalnya. Divais periferal yang menginterupsi memilih alamat awal rutin layanan interupsi. Divais itu melakukannya dengan menempatkan sebuah vektor 8-bit pada bus data selama siklus pemberitahuan interupsi. CPU membentuk satu penunjuk (pointer) menggunakan byte ini sebagai 8-bit rendah dan isi register I sebagai 8-bit tinggi. Penunjuk ini menunjukkan sebuah masukan (entry) dalam tabel alamat bagi rutin layanan interupsi. CPU kemudian melompat ke rutin pada alamat tersebut. Kefleksibelan dalam pemilihan alamat rutin layanan interupsi ini mengijinkan divais perifera; menggunakan beberapa jenis rutin layanan yang berbeda. Rutin-rutin tersebut mungkin ditempatkan pada suatu alamat di memori yang tersedia. Karena divais yang menginterupsi mensuplay byte orde rendah dari vektor 2-byte, bit 0 (A₀) harus menjadi nol.

Operasi Pengaktif/Penon-aktif (Enable/Disable) Interupsi. Dua flip-flop IFF₁ dan IFF₂, ditunjukkan pada gambaran (dekripsi) register, digunakan untuk memberikan tanda status interupsi CPU. Operasi kedua flip-flop digambarkan pada Tabel 2.

Tabel 2 Kondisi flip-flop

Aksi	IFF1	IFF2	Komentar
Reset CPU	0	0	Disable interupsi maskable INT#
Eksekusi instruksi DI	0	0	Disable interupsi maskable INT#
Eksekusi instruksi EI	1	1	Enable interupsi maskable INT#
Eksekusi instruksi LD A, t	o	o	IFF2 => flag Paritas
Eksekusi instruksi LD A, R	o	o	IFF2 => flag Paritas
Menerima NMI#	0	o	Disable interupsi maskable INT#
Eksekusi instruksi RETN	IFF2	o	IFF2 => IFF1 sebagai pelengkap sebuah rutin layanan NMI#

Pengkakian

Konfigurasi pin mikroprosesor Z80 diperlihatkan pada Gambar 3.

Gambar 3 konfigurasi pin mikroprosesor Zilog Z80

A₀ – A₁₅. Bus Alamat (keluaran, aktif High, 3-state). A₀ – A₁₅ membentuk bus alamat 16-bit. Bus Alamat menyediakan alamat bagi pertukaran bus data memori (sampai 64Kbyte) dan bagi pertukaran divais I/O.

BUSACK#. Pemberitahuan Bus (keluaran, aktif Low). Pemberitahuan Bus menunjukkan pada divais yang meminta bahwa bus alamat CPU, dan sinyal kontrol MREQ#, IORQ#, RD#, dan WR# telah memasuki keadaan impedansi tinggi (high-impedance). Sirkuit eksternal sekarang bisa mengontrol jalur-jalur tersebut.

BUSREQ#. Permintaan Bus (masukan, aktif Low). Permintaan Bus memiliki prioritas lebih tinggi dibandingkan dengan NMI# dan selalu dikenali di akhir siklus mesin yang sedang berjalan. BUSREQ# memaksa bus alamat CPU, bus data dan sinyal kontrol MREQ#, IORQ#, RD# dan WR# menuju keadaan impedansi tinggi sehingga divais lain bisa mengontrol jalur-jalur tersebut. BUSREQ# normalnya terhubung OR (wired-OR) dan memerlukan satu resistor pullup eksternal bagi aplikasi tersebut. Perluasan periode BUSREQ# karena operasi DMA yang luas bisa menjaga CPU dari penyegaran (refreshing) RAM dinamis yang benar.

D₀ – D₇. Bus Data (masukan/keluaran, aktif High, 3-state). D₀ – D₇ membuat sebuah bus data dua arah (bidirectional) 8-bit, yang digunakan untuk pertukaran data dengan memori dan I/O.

HALT#. Keadaan Berhenti (Halt) (output, aktif Low). HALT# menunjukkan bahwa CPU telah mengeksekusi perintah Halt dan sedang menunggu sebuah interupsi non-maskable atau maskable(dengan mask aktif) sebelum operasi bisa dilanjutkan kembali. Ketika terhenti, CPU mengeksekusi NOP untuk menjaga refresh memori.

INT#. Permintaan Interupsi (masukan, aktif Low). Permintaan Interupsi dihasilkan oleh divais I/O. CPU menerima sebuah interupsi di akhir instruksi yang sedang berjalan jika flip-flop pengaktif interupsi terkontrol software internal (IFF) diaktifkan. INT# normalnya dihubung OR dan memerlukan resistorpullup eksternal bagi aplikasi-aplikasi tersebut.

IORQ#. Permintaan Masukan/Keluaran (keluaran, aktif Low, 3-state). IORQ# menunjukkan bahwa setengah bus alamat rendah memegang sebuah alamat I/O yang sah bagi sebuah operasi penulisan atau pembacaan I/O. IORQ# juga dihasilkan secara bersamaan dengan M1# selama sebuah siklus pemberitahuan interupsi untuk menunjukkan bahwa sebuah vektor tanggapan interupsi bisa ditempatkan pada bus data.

M1#. Siklus Mesin (keluaran, aktif Low). M1#, bersama-sama dengan MREQ#, menunjukkan bahwa siklus mesin yang sedang berjalan adalah siklus pengambilan opcode dari sebuah eksekusi instruksi. M1#, bersama-sama dengan IORQ# menunjukkan bahwa siklus pemberitahuan interupsi.

MREQ#. Permintaan Memori (keluaran, aktif Low, 3-state). MREQ# menunjukkan bahwa bus alamat memegang alamat yang sah bagi operasi pembacaan memori atau penulisan memori.

NMI#. Interupsi Non-Maskable (masukan, terpicu ujung negatif). NMI# memiliki prioritas lebih tinggi dibandingkan dengan INT#. NMI# selalu dikenali di akhir instruksi yang sedang berjalan, tak tergantung dari status flipf-flop pengaktif interupsi (interrupt enable flip-flop), dan secara otomatis memaksa CPU untuk memulai kembali pada alamat 0066H.

RD#. Baca (keluaran, aktif Low, 3-state). RD# menunjukkan bahwa CPU ingin membaca data dari memori atau divais I/O. Divais I/O atau memori yang dialamati akan menggunakan sinyal ini untuk menempatkan data ke dalam bus data CPU.

RESET#. Reset (masukan, aktif Low). RESET# mengawali CPU sebagai berikut: me-reset flip-flop pengaktif interupsi, menghapus PC dan register I dan R, men-set status interupsi ke Mode 0. Selama waktu reset, bus alamat dan data berkondisi impendansi tinggi, dan semua sinyal keluaran kontrol menjadi tidak aktif. Catat bahwa RESET# harus aktif minimal selama tiga siklus clock penuh sebelum operasi reset lengkap.

RFSH#. Refresh (keluaran, aktif Low). RFSH#, bersama-sama dengan MREQ# menunjukkan tujuh bit bus alamat sistem terendah bisa digunakan sebagai alamat penyegaran ke memori dinamis sistem.

WAIT#. Tunggu (masukan, aktif Low). WAIT# menunjukkan pada CPU bahwa memori atau divais I/O yang dialamati tidak siap untuk sebuah pengiriman data. CPU selanjutnya memasuki sebuah keadaan tunggu selama sinyal tersebut aktif. Perluasan periode WAIT# bisa menjaga CPU dari penyegaran memori dinamis yang benar.

WR#. Tulis (keluaran, aktif Low, 3-state). WR# menunjukkan bahwa bus data CPU memegang data yang sah untuk disimpan pada lokasi memori atau I/O yang dialamati.

Instruksi

Mikroprosesor Z80 memiliki sekumpulan instruksi yang sangat berdaya guna dan dan serba guna yang tersedia di beberapa mikroprosesor 8-bit. Itu termasuk operasi yang khas (unik) seperti pemindahan blok untuk transfer data yang cepat dan efisien dalam memori atau antara memori dan I/O. Itu juga mengijinkan operasi beberapa bit di dalam beberapa lokasi di memori.

Instruksi-instruksi mikroprosesor Zilog Z80 dibagi ke dalam kategori berikut ini:

	Pemuatan 8-bit
	Pemuatan 16-bit
	Pertukaran, transfer blok dan pencarian
	Operasi logika dan aritmatika 8-bit
	Aritmatika serba-guna dan kontrol CPU
	Perputaran (rotasi) dan pergeseran (shift)
	Operasi set, reset dan tes bit
	Lompatan
	Pemanggilan (call), kembali (return) dan restart
	Operasi masukan dan keluaran

Sejumlah mode pengalamatan yang beragam diimplementasikan untuk mengijinkan transfer data yang cepat dan efisien antara berbagai register, lokasi memori dan divais masukan/keluaran. Mode pengalamatan yang disertakan:

	Cepat (immediate)
	Perluasan cepat (immediate extended)
	Halaman nol termodifikasi (modified page zero)
	Relatif (relative)
	Perluasan (Extended)
	Terindeks (Indexed)
	Register
	Register tak langsung
	Tersirat (Implied)
	Bit

Chip Pendukung

Mikroprosesor datang berserta seperangkat periferal pendukungnya yang dikenal dengan periferal keluarga Z80. Periferal-periferal yang mendukung mikroprosesor Z80 di antaranya, yaitu:

	Pengontrol Masukan/Keluaran Paralel (Z80 PIO: Parallel Input/Output)
	Pengontrol Masukan/Keluaran Serial (Z80 SIO: Serial Input/Output)
	Sirkuit Pewaktuan/Pencacah (Z80 CTC: Counter/Timer Circuit)
	Pengontrol Akses Memori Langsung (Z80 DMA: Direct Memory Access)
	Pengirim/Penerima Tak-sinkron ganda (Z80 DART: Dual Asynchronous Receiver/Trasmitter)

Mikroprosesor Z80 tidak hanya dapat berantarmuka dengan periferal keluarga Z80 saja, namun bisa dihubungkan dengan periferal dari keluarga mikroprosesor yang lain seperti periferal keluaran Intel. Karena kedua mikroprosesor ini masih satu rumpun (keturunan).