-
KARANGAN ILMIAH
RANGKAIAN ALU 4 BIT DENGAN IC 74LS181
MENGGUNAKAN TOOLS LOGISIM
Disusun Untuk Melengkapi Tugas Mata kuliah
Arsitektur Dan Organisasi Komputer
Dosen : Prof. Dr. Jazi Eko Istiyanto
Disusun Oleh :
KELOMPOK XC BOGOR
Nama NIM
1. Riza Dewa Santosa 1411600875
2. M. Faiz Syughli 1411600867
3. Husin Sanusi 1411600909
4. Dadi Jaenudin 1411600883
Magister Ilmu Komputer
Program Pasca Sarjana - Universitas Budi Luhur
2014
-
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN
.......................................................................................................................
3
1.1.Latar Belakang
..............................................................................................................................
3
1.2. Tujuan
..........................................................................................................................................
3
1.3. Rumusan Masalah
........................................................................................................................
3
BAB II TEORI DASAR
.........................................................................................................................
4
2.1. Integrated Circuit (IC)
..................................................................................................................
4
2.1.1. Pengertian Integrated Circuit (IC)
.........................................................................................
4
2.1.2. Keunggulan IC (Advantages)
................................................................................................
4
2.1.3. Kelemahan IC (Disanvantages)
............................................................................................
5
2.1.4. Jenis Jenis IC (Packages)
..................................................................................................
5
2.1.4.1. TTL (Transistor Transistor Logic)
.................................................................................
6
2.1.4.2. IC- CMOS
......................................................................................................................
7
2.1.4.3. IC Linear (Linear IC's)
...................................................................................................
7
2.2. Gerbang Logika
...........................................................................................................................
8
2.2.1. Pengertian Gerbang Logika
..................................................................................................
8
2.2.2. Jenis Jenis Gerbang Logika
................................................................................................
9
2.2.2.1. Gerbang logika AND
...................................................................................................
9
2.2.2.2. Gerbang logika OR
.......................................................................................................
9
2.2.2.3. Gerbang Logika NOT
..................................................................................................
9
2.2.2.4. Gerbang Logika NAND
.............................................................................................
10
2.2.2.5. Gerbang NOR
............................................................................................................
10
2.2.2.6. Gerbang Ex-Or
..........................................................................................................
10
2.2.2.7. Gerbang Ex-Nor
.........................................................................................................
10
2.3. Arithmatic and Logic Unit (ALU)
............................................................................................
12
2.3.1. Pengertian Arithmatic and Logic Unit (ALU)
....................................................................
12
2.3.2. Sejarah ALU
......................................................................................................................
12
2.3.3. Operasi Pada ALU
.............................................................................................................
13
2.3.4. Tugas Dan Fungsi ALU
....................................................................................................
14
2.3.5. Struktur Dan Cara Kerja Pada ALU
..............................................................................
15
2.4. ADDER
.................................................................................................................................
16
2.5 Logisim
.................................................................................................................................
26
-
BAB III PERCOBAAN
........................................................................................................................
27
3.1 Rangkaian ALU Dengan IC 74LS181 Menggunakan LOGISIM
............................................. 27
BAB IV PENUTUP
..............................................................................................................................
32
4.1 Kesimpulan
.................................................................................................................................
32
DAFTAR PUSTAKA
...........................................................................................................................
33
-
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Komputer merupakan alat modern yang tidak bisa dilepaskan dari
kehidupan sehari-
hari. Mulai dari mengerjakan pekerjaan kantor, multimedia,
bahkan hiburan. Perkembangan
komputer semakin berkembang dan masih akan berkembang tanpa
batas. Semakin
berkembang suatu komponen komputer maka otomatis kecepatan
processor semakin besar
dan semakin cepat proses eksekusi pada komputer. Processor juga
disebut dengan otak dari
suatu computer. Dalam processor itulah ALU dan segala prosesnya
terjadi. Tujuan serta cara
kerja ALU dalam suatu processor akan sama jika processor itu
dibuat oleh perusahaan yang
sama.
ALU atau juga sering disebut Arithmetic and Logic Unit adalah
suatu komponen yang
terdapat didalam computer. ALU merupakan pusat untuk menghitung
operasi aritmatika dan
logika. Untuk itu kami mencoba untuk menulis beberapa hal
mengenai ALU. Agar dapat
mengetahui lebih banyak tentang alu silahkan baca pada BAB II
mengenai pembahasan.
1.2. Tujuan
Penulisan makalah ini untuk melengkapi tugas dari mata kuliah
Arsitektur dan
Organisasi Komputer yang dibina oleh bapak Prof. Dr. Jazi Eko
Istiyanto. Selain itu pula
penulisan makalah ini secara umum bertujuaan untuk menambah
wawasan tentang
Arithmetic and Logic unit.
1.3. Rumusan Masalah
Dalam makalah ini, penulis akan membahas tentang :
a. Pengertian Arithmetic and Logic Unit
b. Sejarah ALU
c. Operasi Pada ALU
d. Tugas dan Fungsi ALU
e. Struktur dan Cara Kerja Pada ALU
f. ADDER
-
BAB II
TEORI DASAR
2.1. Integrated Circuit (IC)
2.1.1. Pengertian Integrated Circuit (IC)
Integrated Circuit (IC) adalah suatu komponen elektronik yang
dibuat dari bahan semi
conductor, dimana IC merupakan gabungan dari beberapa komponen
seperti Resistor,
Kapasitor, Dioda dan Transistor yang telah terintegrasi menjadi
sebuah rangkaian berbentuk
chip kecil, IC digunakan untuk beberapa keperluan pembuatan
peralatan elektronik agar
mudah dirangkai menjadi peralatan yang berukuran relatif
kecil.
2.1.2. Keunggulan IC (Advantages)
IC telah digunakan secara luas diberbagai bidang, salah satunya
dibidang industri,
dimana rangkaian kontrol elektroniknya akan semakin ringkas dan
kecil sehingga dapat
mengurangi berat Satelit, Misil dan jenis-jenis pesawat ruang
angkasa lainnya. Desain
komputer yang sangat kompleks dapat dipermudah, sehingga
banyaknya komponen dapat
dikurangi dan ukuran motherboardnya dapat diperkecil. Contoh
lain misalnya IC digunakan
di dalam mesin penghitung elektronik (kalkulator), juga telepon
seluler (ponsel) yang
bentuknya relatif kecil.
Di era teknologi canggih saat ini, peralatan elektronik dituntut
agar mempunyai
ukuran dan beratnya seringan dan sekecil mungkin, dan hal itu
dapat dimungkinkan dengan
penggunaannya IC.
Selain ukuran dan berat IC yang kecil dan ringan, IC juga
memberikan keuntungan
lain yaitu bila dibandingkan dengan sirkuit-sirkuit konvensional
yang banyak menggunakan
komponen, IC dengan sirkuit yang relatif kecil hanya
mengkonsumsi sedikit sumber tenaga
dan tidak menimbulkan panas berlebih sehingga tidak membutuhkan
pendinginan (cooling
system).
-
2.1.3. Kelemahan IC (Disanvantages)
Pada uraian sebelumnya nampak seolah-olah IC begitu sempurna
dibanding komponen
elektronik konvensional, padalah tak ada sesuatu komponen yang
tidak memiliki kelemahan.
Kelemahan IC antara lain adalah keterbatasannya di dalam
menghadapi kelebihan
arus listrik yang besar, dimana arus listrik berlebihan dapat
menimbulkan panas di dalam
komponen, sehingga komponen yang kecil seperti IC akan mudah
rusak jika timbul panas
yang berlebihan.
Demikian pula keterbatasan IC dalam menghadapi tegangan yang
besar, dimana
tegangan yang besar dapat merusak lapisan isolator antar
komponen di dalam IC Contoh
kerusakan misalnya, terjadi hubungan singkat antara komponen
satu dengan lainnya di dalam
IC, bila hal ini terjadi, maka IC dapat rusak dan menjadi tidak
berguna.
2.1.4. Jenis Jenis IC (Packages)
Kemasan IC dibuat dari bahan ceramic dan plastik, serta didesain
untuk
memudahkan dalam pemasangan dan penyambungannya. Ada berbagai
jenis kemasan IC dan
yang paling populer dan umum digunakan, antara lain :
- DIP (Duel in- line Packages)
- SIP (Single in-line Packages)
- QIP (Quad in-line Packages)
- SOP (Small Outline Packages)
- Flat Packs
- TO-5, TO-72,TO-202 dan TO-220 style Packages
-
2.1.4.1. TTL (Transistor Transistor Logic)
IC yang paling banyak digunakan secara luas saat ini adalah IC
digital yang
dipergunakan untuk peralatan komputer, kalkulator dan system
kontrol elektronik. IC digital
bekerja dengan dasar pengoperasian bilangan Biner Logic
(bilangan dasar 2) yaitu hanya
mengenal dua kondisi saja 1(on) dan 0(off).
Jenis IC digital terdapat 2(dua) jenis yaitu TTL dan CMOS. Jenis
IC-TTL dibangun
dengan menggunakan transistor sebagai komponen utamanya dan
fungsinya dipergunakan
untuk berbagai variasi Logic, sehingga dinamakan Transistor
Transistor Logic
Dalam satu kemasan IC terdapat beberapa macam gate (gerbang)
yang dapat
melakukan berbagai macam fungsi logic seperti AND, NAND, OR,
NOR, XOR serta
beberapa fungsi logic lainnya seperti Decoder, Encoder,
Multiflexer dan Memory sehingga
pin (kaki) IC jumlahnya banyak dan bervariasi ada yang
8,14,16,24 dan 40.
Pada gambar diperlihatkan IC dengan gerbang NAND yang
mengeluarkan output 0
atau 1 tergantung kondisi kedua inputnya.
IC TTL dapat bekerja dengan diberi tegangan 5 Volt.
-
2.1.4.2. IC- CMOS
Selain TTL, jenis IC digital lainnya adalah C-MOS (Complementary
with MOSFET)
yang berisi rangkaian yang merupakan gabungan dari beberap
komponen MOSFET untuk
membentuk gate-gate dengan fungsi logic seperti halnya IC-TTL.
Dalam satu kemasan IC C-
MOS dapat berisi beberapa macam gate(gerbang) yang dapat
melakukan berbagai macam
fungsi logic seperti AND,NAND,OR,NOR,XOR serta beberapa fungsi
logic lainnya seperti
Decoders, Encoders, Multiflexer dan Memory.
Pada gambar diperlihatkan IC dengan gerbang NOR yang
mengeluarkan output 0
atau 1 tergantung kondisi kedua inputnya.
IC C-MOS dapat bekerja dengan tegangan 12 Volt.
2.1.4.3. IC Linear (Linear IC's)
Perbedaan utama dari IC Linear dengan Digital ialah fungsinya,
dimana IC digital
beroperasi dengan menggunakan sinyal kotak (square) yang hanya
ada dua kondisi yaitu 0
atau 1 dan berfungsi sebagai switch/saklar, sedangkan IC linear
pada umumnya
menggunakan sinyal sinusoida dan berfungsi sebagai amplifier
(penguat). IC linear tidak
melakukan fungsi logic seperti halnya IC-TTL maupun C-MOS dan
yang paling populer IC
linier didesain untuk dikerjakan sebagai penguat tegangan.
Dalam kemasan IC linier terdapat rangkaian linier, diman kerja
rangkaiannya akan
bersifat proporsional atau akan mengeluarkan output yang
sebanding dengan inputnya. Salah
satu contoh IC linear adalah jenis Op-Amp.
-
2.2. Gerbang Logika
2.2.1. Pengertian Gerbang Logika
Gerbang logika atau gerbang logik adalah suatu entitas dalam
elektronika dan
matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan
logik menjadi sebuah
sinyal keluaran logik. Gerbang logika terutama diimplementasikan
secara elektronis
menggunakan diode atau transistor, akan tetapi dapat pula
dibangun menggunakan susunan
komponen- komponen yang memanfaatkan sifat-sifat elektromagnetik
(relay), cairan, optik
dan bahkan mekanik.
Elektronika digital adalah sistem elektronik yang menggunakan
signal digital.
Signal digital didasarkan pada signal yang bersifat
terputus-putus. Biasanya dilambangkan
dengan notasi aljabar 1 dan 0. Notasi 1 melambangkan terjadinya
hubungan dan notasi 0
melambangkan tidak terjadinya hubungan. Contoh yang paling
gampang untuk memahami
pengertian ini adalah saklar lampu. Ketika kalian tekan ON
berarti terjadi hubungan
sehingga dinotasikan 1. Ketika kalian tekan OFF maka akan
berlaku sebaliknya.
Elektronik digital atau atau rangkaian digital apapun tersusun
dari apa yang disebut
sebagai gerbang logika. Gerbang logika melakukan operasi logika
pada satu atau lebih
input dan menghasilkan ouput yang tunggal. Output yang
dihasilkan merupakan hasil dari
serangkaian operasi logika berdasarkan prinsip prinsip aljabar
boolean. Dalam pengertian
elektronik, input dan output ini diwujudkan dan voltase atau
arus (tergantung dari tipe
elektronik yang digunakan). Setiap gerbang logika membutuhkan
daya yang digunakan
sebagai sumber dan tempat buangan dari arus untuk memperoleh
voltase yang sesuai.
-
Dasar pembentukan gerbang logika adalah tabel kebenaran (truth
table). Ada tiga
bentuk dasar dari tabel kebenaran yaitu AND, OR, dan NOT.
Berikut penjelasan masing-
masing gerbang logika.
2.2.2. Jenis Jenis Gerbang Logika
Untuk membangun sistem logika yang berfungsi secara penuh,
relay, tabung hampa, atau
transistor dapat digunakan. Contoh gerbang logika yaitu logika
resistor-transistor (resistor-
transistor logic / RTL), logika diodetransistor
(diode-transistor logic / DTL), logika transistor-
transistor (transistor-transistor logic / TTL), dan logika
complementary metaloxidesemiconductor
(CMOS).
2.2.2.1. Gerbang logika AND
Gerbang AND mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input
tetapi hanya satu
sinyal output. Dalam gerbang AND, untuk menghasilkan sinyal
keluaran berlogika high
maka semua sinyal masukan harus bernilai high. Gerbang logika
AND pada Datasheet nama
lainnya IC TTL 7408.
2.2.2.2. Gerbang logika OR
Gerbang OR mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input tetapi
hanya satu sinyal
output. Dalam gerbang OR, untuk menghasilkan sinyal keluaran
berlogika high hanya butuh
salah satu saja input berlogika high. Gerbang logika OR pada
Datasheet nama lainnya IC
TTL 7432.
2.2.2.3. Gerbang Logika NOT
Gerbang NOT hanya mempunyai satu sinyal input dan satu sinyal
output. Dalam
gerbang NOT, untuk menghasilkan sinyal keluaran berlogika high
sinyal masukan justru
harus bernilai low. Gerbang logika NOT pada Datasheet nama
lainnya IC TTL 7404.
-
2.2.2.4. Gerbang Logika NAND
Gerbang NAND mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input
tetapi hanya satu
sinyal output. Dalam gerbang NAND, apabila salah satu input
berlogika low maka output
akan berlogika high. Gerbang logika NAND pada Datasheet nama
lainnya IC TTL 7400.
2.2.2.5. Gerbang NOR
Gerbang NOR mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input
tetapi hanya satu
sinyal output. Dalam gerbang NOR, untuk menghasilkan sinyal
keluaran berlogika high
maka semua inputnya harus berlogika low. Gerbang logika NOR pada
Datashhet nama
lainnya IC TTL 7402.
2.2.2.6. Gerbang Ex-Or
Gerbang Ex-Or mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input
tetapi hanya satu
sinyal output. Dalam gerbang Ex-Or, untuk menghasilkan sinyal
keluaran berlogika high
maka semua sinyal masukan harus bernilai berbeda. Gerbang logika
Ex-Or pada Datashhet
nama lainnya IC TTL 7486.
2.2.2.7. Gerbang Ex-Nor
Gerbang Ex-Nor mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input
tetapi hanya satu
sinyal output. Dalam gerbang Ex-Nor, untuk menghasilkan sinyal
keluaran berlogika high
maka semua sinyal masukan harus bernilai sama. Gerbang logika
Ex-Nor pada Datashhet
nama lainnya IC TTL 74266.
-
Nama Fungsi Lambang dalam rangkaian Tabel kebenaran
IEC 60617-12 US-Norm DIN 40700
(sebelum 1976)
Gerbang-
AND (AND)
A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Gerbang-OR (OR)
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Gerbang-
NOT (NOT,
Gerbang-
komplemen,
Pembalik(Inve
rter))
\
A Y
0 1
1 0
Gerbang-
NAND (Not-AND)
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Gerbang-
NOR (Not-OR)
A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Gerbang-
XOR (Antivalen,
Exclusive-OR)
atau
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
-
1 1 0
Gerbang-
XNOR (Ekuivalen,
Not-Exclusive-
OR)
atau
A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
2.3. Arithmatic and Logic Unit (ALU)
2.3.1. Pengertian Arithmatic and Logic Unit (ALU)
Arithmatic and Logic Unit (ALU) adalah salah satu
bagian/komponen dalam sistem
didalam sistem komputer yang berfungsi melakukan
operasi/perhitungan aritmatika dan
logika (seperti penjumlahan, pengurangan dan beberapa logika
lain). ALU bekerja sama
dengan memori, dimana hasil dari perhitungan di dalam ALU di
simpan ke dalam memori.
Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang
merepresentasikan instruksi yang
akan dieksekusi (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU
biasanya menggunakan
sistem bilangan biner (twos complement). ALU mendapat data dari
register. Kemudian data
tersebut diproses dan hasilnya akan disimpan dalam register
tersendiri yaitu ALU.
2.3.2. Sejarah ALU
Aritmetika yang terbatas pada jumlah yang sangat kecil artifak
kecil yang
menunjukkan konsep yang jelas penambahan (+) dan pengurangan
(-), yang paling terkenal
menjadi tulang Ishango dari Afrika tengah, datang dari suatu
tempat antara 20.000 dan
18.000 SM.
Jelas bahwa Babel memiliki pengetahuan yang kokoh dari hampir
semua aspek
-
aritmetika dasar oleh 1800 SM, sejarawan meskipun hanya bisa
menebak metode yang
digunakan untuk menghasilkan hasil aritmetika, seperti yang
ditunjukkan. Misalnya, dalam
tablet tanah liat Plimpton 322, yang muncul menjadi daftar
Pythagoras tiga kali lipat, tetapi
tanpa kerja untuk menunjukan bagaimana daftar ini awalnya
diproduksi. Demikian pula,
Mesir Rhin Mathematical Papyrus (berasal dari sekitar 1650 SM,
meskipun jelas salinan
teks yang lebih tua dari sekitar 1850 SM) menunjukan bukti
penambahan (+), pengurangan
(-), perkalian (x), dan pembagian (/) yang digunakan dalam
sebagian unit sistem.
Nicomachus merangkum filsafat Pythagoras pendekatan angka, dan
hubungan mereka
satu sama lain, dalam Pengenalan aritmatika. Pada saat ini,
operasi aritmatika dasar adalah
urusan yang sangat rumit, itu adalah metode yang dikenal sebagai
Metode orang-orang
Indian (Latin Modus Indorum) yang menjadi aritmatika yang kita
kenal sekarang.
Aritmatika India jauh lebih sederhana daripada aritmatika Yunani
karena kesederhanaan
system angka India, yang memiliki nol dan notasi nilai tempat.
Abad ke - 7 Syria Severus
Sebokht uskup disebutkan metode ini dengan kekaguman, namun
menyatakan bahwa
Metode dari India ini tak tertuliskan. Orang-orang Arab belajar
metode baru ini dan
menyebutkan Fibonacci (juga dikenal dengan Leonardo dari Paris)
memperkenalkan
Metode dari Indian ke Eropa pada 1202. Dalam bukunya Liber
Abaci, Fibonacci
mengatakan bahwa dibandingkan dengan metode baru ini, semua
metode lain telah
kesalahan. Dalam Abad Pertengahan. Aritmatika adalah satu dari
tujuh seni liberal diajarkan
di universitas.
2.3.3. Operasi Pada ALU
Operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan,
sedangkan contoh
operasi logika adalah logika AND dan OR. ALU melakukan operasi
aritmatika yang lainnya
seperti pengurangan, dan pembagian dilakukan dengan dasar
penjumlahan. Sehingga sirkuit
elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi
aritmatika ini disebut adder.
ALU melakukan operasi aritmatika dengan dasar pertambahan,
sedang operasi aritmatika
yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan pembagian
dilakukan dengan dasar
penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan
untuk melaksanakan
operasi arithmatika.
-
2.3.4. Tugas Dan Fungsi ALU
Tugas dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika
sesuai dengan
instruksi program. Operasi logika (logical operation) meliputi
perbandingan dua buah
elemen logika dengan menggunakan operator logika, yaitu :
a. sama dengan (=)
b. tidak sama dengan ()
c. kurang dari (=)
Arithmatic Logical Unit (ALU) Juga Bertugas membentuk fungsi
fungsi
pengolahan data komputer. ALU sering disebut mesin bahasa
(machine language) karena
bagian ini mengerjakan instruksi instruksi bahasa mesin yang
diberikan padanya. ALU
terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika
boolean, yang masing
masing memiliki spesifikasi dan tugas tersendiri. Fungsi-fungsi
yang didefinisikan pada
ALU adalah Add (penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda),
Sub (pengurangan),
Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left
logical), srl (shift right
logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain.
Arithmetic Logical Unit (ALU) merupakan unit penalaran secara
logic. ALU ini
merupakan Sirkuit CPU berkecepatan tinggi yang bertugas
menghitung dan
membandingkan. Angka-angka dikirim dari memori ke ALU untuk
dikalkulasi dan
kemudian dikirim kembali ke memori. Jika CPU diasumsikan sebagai
otaknya komputer,
maka ada suatu alat lain di dalam CPU tersebut yang kenal dengan
nama Arithmetic Logical
Unit (ALU), ALU inilah yang berfikir untuk menjalankan perintah
yang diberikan kepada
CPU tersebut.
ALU sendiri merupakan suatu kesatuan alat yang terdiri dari
berbagai komponen
perangkat elektronika termasuk di dalamnya sekelompok
transistor, yang dikenal
dengan nama logic gate, dimana logic gate ini berfungsi untuk
melaksanakan perintah dasar
matematika dan operasi logika. Kumpulan susunan dari logic gate
inilah yang dapat
melakukan perintah perhitungan matematika yang lebih komplit
seperti perintah add untuk
menambahkan bilangan, atau devide atau pembagian dari suatu
bilangan. Selain perintah
matematika yang lebih komplit, kumpulan dari logic gate ini juga
mampu untuk
melaksanakan perintah yang berhubungan dengan logika, seperti
hasil perbandingan dua
-
buah bilangan.
Instruksi yang dapat dilaksanakan oleh ALU disebut dengan
instruction set. Perintah
yang ada pada masing-masing CPU belum tentu sama, terutama CPU
yang dibuat oleh
pembuat yang berbeda, katakanlah misalnya perintah yang
dilaksanakan oleh CPU buatan
Intel belum tentu sama dengan CPU yang dibuat oleh Sun atau
perusahaan pembuat
mikroprosesor lainnya. Jika perintah yang dijalankan oleh suatu
CPU dengan CPU lainnya
adalah sama, maka pada level inilah suatu sistem dikatakan
compatible. Sehingga sebuah
program atau perangkat lunak atau software yang dibuat
berdasarkan perintah yang ada pada
Intel tidak akan bisa dijalankan untuk semua jenis
prosesor,kecuali untuk prosesor yang
compatible dengannya.
Seperti halnya dalam bahasa yang digunakan oleh manusia,
instruction set ini juga
memiliki aturan bahasa yang bisa saja berbeda satu dengan
lainnya. Bandingkanlah beda
struktur bahasa Inggris dengan Indonesia, atau dengan bahasa
lainnya, begitu juga dengan
instruction set yang ada pada mesin, tergantung dimana
lingkungan instruction set itu
digunakan.
2.3.5. Struktur Dan Cara Kerja Pada ALU
ALU akan bekerja setelah mendapat perintah dari Control Unit
yang terletak
pada processor. Contorl Unit akan memberi perintah sesuai dengan
komando yang
tertulis(terdapat) pada register. Jika isi register memberi
perintah untuk melakukan proses
penjumlahan, maka PC akan menyuruh ALU untuk melakukan proses
penjumlahan. Selain
perintah, register pun berisikan operand-operand. Setelah proses
ALU selesai, hasil yang
terbentuk adalah sebuah register yang berisi hasil atau
suatuperintah lainnya. Selain register,
ALU pun mengeluarkan suatu flag yang berfungsi untuk memberi
tahu kepada kita tentang
kondisi suatu processor seperti apakah processor mengalami
overflow atau tidak.
Perhitungan pada ALU adalah bentuk bilangan integer yang
direpresentasikan
dengan bilangan biner. Namun, untuk saat ini, ALU dapat
mengerjakan bilangan floating
point atau bilangan berkoma, tentu saja dipresentasikan dengan
bentuk bilangan biner. ALU
mendapatkan data (operand, operator, dan instruksi) yang akan
disimpan dalam register.
Kemudian data tersebut diolah dengan aturan dan sistem tertentu
berdasarkan perintah
control unit. Setelah proses ALU dikerjakan, output akan
disimpan dalam register yang
dapat berupa sebuah data atau sebuah instruksi. Selain itu,
bentuk output yang dihasilkan
-
oleh ALU berupa flag signal. Flag signal ini adalah penanda
status dari sebuah CPU.
Bilangan integer (bulat) tidak dikena oleh komputer dengan basis
10. Agar komputer
mengenal bilangan integer, maka para ahli komputer mengkonversi
basis 10 menjadi basis 2.
Seperti kita ketahui, bahwa bilangan berbasis 2 hanya terdiri
atas 1 dan 0. Angka 1 dan 0
melambangkan bahwa 1 menyatakan adanya arus listrik dan 0 tidak
ada arus listrik. Namun,
untuk bilangan negatif, computer tidak mengenal simbol (-).
Komputer hanya mengenal
simbol 1 dan 0. Untuk mengenali bilangan negatif, maka digunakan
suatu metode yang
disebut dengan Sign Magnitude Representation. Metode ini
menggunakan simbol 1 pada
bagian paling kiri (most significant) bit. Jika terdapat angka
18 = (00010010)b, maka -18
adalah (10010010)b. Akan tetapi, penggunaan sign-magnitude
memiliki 2 kelemahan. Yang
pertama adalah terdaptnya -0 pada sign magnitude[0=(00000000)b;
-0=(10000000)b].
Seperti kita ketahui, angka 0 tidak memiliki nilai negatif
sehingga secara logika, sign-
magnitude tidak dapat melakukan perhitungan aritmatika secara
matematis.
Yang kedua adalah, tidak adanya alat atau software satupun yang
dapat mendeteksi
suatu bit bernilai satu atau nol karena sangat sulit untuk
membuat alat seperti itu. Oleh
karena itu, penggunaan sign magnitude pada bilangan negatif
tidak digunakan, akan tetapi
diganti dengan metode 2s complement. Metode 2s complement adalah
metode yang
digunakan untuk merepresentasikan bilangan negatif pada
komputer. Cara yang digunakan
adalah dengan nilai terbesar dari biner dikurangin dengan nilai
yang ingin dicari negatifnya.
Contohnya ketika ingin mencari nilai -18, maka lakukan cara
berikut:
1. ubah angka 18 menjadi biner (00010010)b
2. karena biner tersebut terdiri dari 8 bit, maka nilai
maksimumnya adalah 11111111
3. kurangkan nilai maksimum dengan biner 18 -> 11111111
00010010 = 11101101
4. kemudian, dengna sentuhan terakhir, kita tambahkan satu
->
11101101 + 00000001 = 11101110
Dengan metode 2s complement, kedua masalah pada sign magnitude
dapat
diselesaikan dan komputer dapat menjalankan. Namun, pada 2s
complement, nilai -128
pada biner 8 bit tidak ditemukan karena akan terjadi
irelevansi.
2.4. ADDER
Adder merupakan rangkain ALU (Arithmetic and Logic Unit) yang
digunakan untuk
menjumlahkan bilangan. Karena adder digunakan untuk memproses
operasi aritmatika,
-
maka adder juga sering disebut rangkaian kombinasional
aritmatika. Ada 3 jenis Adder,
yaitu:
1. Rangkaian adder yang hanya menjumlahkan dua bit disebut Half
Adder.
2. Rangkaian adder yang hanya menjumlahkan tiga bit disebut Full
Adder.
3. Rangkaian adder yang menjumlahkan banyak bit disebut Paralel
Adder.
Rangkaian digital yang dapat melakukan operasi aritmetika yang
hasil keluarannya
seperti tabel di bawah disebut Half adder.
Tabel 1 Tabel Kebenaran Half Adder
Gambar 2 Diagram blok Half adder.
Dari tabel kebenaran dapat diperoleh persamaan fungsi logika
untuk keluaran
penjumlah dan carry U sebagai berikut :
Dari persamaan di atas dapat ditemukan gambar rangkaian digital
seperti
diperlihatkan pada Gambar 3.
-
Gambar 3 Rangkaian digital half adder
Jika jumlah bit lebih banyak kombinasi (disebut word),
penggunaan half adder tidak
dapat dilakukan karena tidak ada masukan carry. Untuk itu kita
harus menambahkan
masukan carry pada half adder. Rangkaian penjumlah yang dengan
tambahan masuak carry
ini disebut full adder.
Tabel 2 Tabel Kebenaran Full Adder
Persamaan fungsi logika untuk keluaran jumlah full adder
adalah
-
Gambar 4 Rangkaian digital full adder
Gambar 5 Diagram blok full adder
Jika dua n-bit word dijumlahkan diperlukan beberapa full adder
yang saling
disambungkan, sebagai contoh sederhana penjumlahan 3 bit word
diperlihatkan di bawah ini
:
Pada prakteknya penjumlahan 3 bit word memerlukan tiga buah full
adder yang
disambungkan secara berurutan dan masukan carry C0 diset =
0.
-
Gambar 6. Penjumlah biner 3-bit
Apabila masukan C0 kita set = 1 maka hasil penjumlahan akan
bertambah 1. Dalam
praktek penambahan satu ini sangat penting untuk bererapa
aplikasi. Masukan carry C0
digunakan untuk masukan increment (INC) dan suatu rangkaian
penjumlah digital yang
dilengkapi dengan sebuah masukan incremen disebut ripple-carry
adder.
Gambar 7.. Diagram blok ripple-carry adder
-
Gambar 8. Rangkaian digital ripple-carry adder
Rangkaian penjumlah Gambar 10 dapat dikembangkan dengan
menambahkan
gerbang AND dan EXOR pada masukannya sehingga beberapa fungsi
rangkaian berkembang
tidak hanya sebagai penjumlah melainkan berfungsi pula sebagai
rangkaian pengurang,
sehingga rangkaian ini disebut adder/substractor.
-
Gambar 9. Rangkaian adder/subtractor 4-bit
Rangkaian adder/subtractor di atas memiliki 5 masukan kontrol S4
sampai S0 yang
dipergunakan untuk memilih operasi. Tabel 4 memperlihatkan
variasi masukan kontrol S4
sampai S0 dan fungsi keluaran.
-
Tabel 3. Fungsi keluaran adder/subtractor
Dari tabel di atas terdapat 32 kemungkinan fungsi yang dapat
dioperasikan. Kita
ambil salah satu contoh dari kemungkinan yang diperlihtakan pada
tabel diatas misalnya
fungsi kontrol S4 sampai dengan S0 = 1 1 0 0 0 menghasilkan
fungsi A + B.
Jika S3 dan S4 diset pada 0 maka masukan A dan B akan mati
karena setiap gerbang
AND tersambung pada setiap masukan A dan B sedangkan amsukan
gerbang lainnya
tersambung ke saklar masukan kontrol S3 untuk masukan A dan S2
untuk masukan B,
sehingga ketika S3 = 0 maka apapun masukan A akan diset = o dana
ketika S2 = 0 maka
masukan B akan diset = 0.
-
Dengan demikian fungsi kontrol S3 dan S2 adalah untuk meloloskan
data masukan ke tahap
berikutnya untuk diproses atau tidak oleng blok penjumlah.
Setelah keluar dari gerbang AND sebagai pelolos data, setiap
keluaran AND tersambung
pada gerbang XOR yang mana setiap gerbang XOR tersebut salah
satu masukan lainnya
tersambung pada saklar masukan kontrol S2 dan S1. S2
dipergunakan untuk mengontrol
masukan A dan S1 dipergunakan untuk mengontrol masukan B.
Jika S2 = 0 maka keluaran gerbang EXOR adalah A XOR 0 = A dan
jika S2 = 1 maka
keluaran gerbang EXOR adalah A XOR 1 = A. dengan demikian ketika
S2 = 1 masukan A
akan dibalik (komplemen satu).
Hal yang sama berlaku juga untuk masukan S1 yang mengontrol
masukan B untuk fungsi
komplemen satu.
Saklar S0 merupakan masukan carry untuk rangkaian penjumlah yang
berfungsi sebagai
masukan incremen (INC). S0 sangat diperlukan pada operasi
pengurangan untuk
mendapatkan komplemen dua.
Selanjutnya dari Gambar 9 Rangkaian adder/subtractor 4-bit akan
dikembangkan menjadi 8
bit dengan variabel yang disiapkan sebagai berikut :
Variabel masukan B B,B7,B6,B5,B4,B3,B2,B1,B0
Variabel masukan A A,A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0
Variabel kontrol C4,C3,C2,C1,C0
Variabel hasil penjumlahan R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,R0
Variabel carry input
C,cri7,cri6,cri5,cri4,cri3,cri2,cri1,cri0
Variabel carry input cro7,cro6,cro5,cro4,cro3,cro2,cro1,cro0
-
Berikutnya adalah menentukan membaca data masing-masing saklar
apakah dalam kondisi
logika 1 atau 0 dengan menggunakan pernyataan sebagai berikut
:
Contoh membaca data masukan dari saklar B0
IF BiSwitch1.pOn=true then B0:=1;
IF BiSwitch1.pOn=false then B0:=0;
Untuk mengeluarkan data menyalakan indikator LED R0
if R0=0 then shape8.Brush.color:=clgray else
shape8.Brush.color:=clred;
Apabila variabel R0 berisi data 1 maka Shape8 yang berbentuk
bulat akan berwarna
merah dan jika R0 berisi data 0 maka Shape8 akan berwarna
abu-abu.
Berikut ini adalah bagian yang paling penting yaitu
menerjemahkan Gambar 9
Rangkaian adder/subtractor menjadi persamaan fungsi logika untuk
setiap bit keluaran sesuai
dengan inputnya.
Contoh fungsi logika dengan keluaran R0
Data masukan B0 dan A0, kontrol C0, C1, C2, C3 dan C4, keluaran
hasil
penjumlahan R0 dan kelauaran carry cro0
Gambar 10 Rangkaian adder/subtracter 1 bit
Gambar diatas dapat diterjemahkan menjadi persamaan fungsi
logika sebagai
berikut :
A:=(A0 and C4) xor C2;
B:=(B0 and C3) xor C1;
C:=C0;
R0:= A xor B xor C;
cro0:=(A and B) or (B and C) or (A and C);
-
2.5 Logisim
Logisim adalah simulator logika yang memungkinkan sirkuit yang
akan dirancang
dan disimulasikan dengan menggunakan antarmuka pengguna grafis.
Dirilis di bawah GNU
Public License , Logisim adalah perangkat lunak bebas yang
dirancang untuk berjalan di
bawah Microsoft Windows , OS X, dan GNU / Linux platform.
Kodenya adalah sepenuhnya
di Java menggunakan swing grafis perpustakaan user interface.
Pengembang utama Carl
Burch, telah bekerja di Logisim sejak didirikan pada tahun
2001.
Perangkat lunak yang paling sering digunakan oleh siswa dalam
ilmu computer kelas
untuk merancang dan bereksperimen dengan sirkuit digital dalam
simulasi. Sirkuit dirancang
di Logisim menggunakan antarmuka pengguna grafis yang mirip
dengan program
menggambar tradisional, antarmuka juga ditemukan di banyak
simulator lain. Tidak seperti
kebanyakan simulator lain kecanggihan Logisim itu, Logisim
memungkinkan pengguna
untuk mengedit sirkuit selama simulasi. Kesederhanaan relatif
antarmuka membuatnya
bekerja dengan baik untuk kursus survei. Desain fitur untuk
sirkuit yang lebih canggih,
seperti "subcircuits" dan "kawat bundel" ditemukan di Logisim,
tersedia dalam beberapa alat
grafis open source lainnya.
Sementara pengguna dapat merancang lengkap implementasi CPU
dalam Logisim,
perangkat lunak ini dirancang terutama untuk penggunaan
pendidikan. Profesional biasanya
desain seperti sirkuit skala besar menggunakan bahasa deskripsi
perangkat
keras seperti Verilog atau VHDL .Logisim tidak mampu menampung
komponen analog.
Screen layout pada LOGISIM
Gambar 1 Screen Layout pada LOGIS
-
BAB III
PERCOBAAN
3.1 Rangkaian ALU Dengan IC 74LS181 Menggunakan LOGISIM
Berikut adalah rangkaian alu dengan IC 74LS181 menggunakan tools
LOGISIM
Gambar 11 Rangkaian ALU menggunakan LOGISIM
-
Mode select input
S3 S2 S1 S0 M=L Cn=H
L L L L A
Gambar 12. Hasil Uji Coba 1
-
Mode select input
S3 S2 S1 S0 M=L Cn=H
L L L H A+B
Gambar 13. Hasil Uji Coba 2
-
Mode select input
S3 S2 S1 S0 M=L Cn=H
H L L H A plus B
Gambar 14 Hasil Uji Coba 3
-
Mode select input
S3 S2 S1 S0 M=L Cn=H
L H H L A minus B minus 1
Gambar 15 Hasil Uji Coba 4
-
BAB IV
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Arithmetic And Logic Unit adalah salah satu bagian dalam dari
sebuah mikroprocessor
yang berfungsi untuk melakukan operasi hitungan aritmatika dan
logika. ALU bekerja sama
dengan memori, dimana hasil dari perhitungan di dalam ALU di
simpan ke dalam memori.
Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang
merepresentasikan instruksi yang akan
dieksekusi (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU biasanya
menggunakan sistem bilangan
biner (twos complement). ALU mendapat data dari register.
Kemudian data tersebut diproses dan
hasilnya akan disimpan dalam register tersendiri yaitu ALU.
ALU melakukan operasi arithmatika dengan dasar pertambahan,
sedang operasi
arithmatika yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan
pembagian dilakukan dengan dasar
penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan
untuk melaksanakan operasi
arithmatika ini disebut adder.
Tugas utama dari ALU (Arithmetic And Logic Unit) adalah
melakukan semua perhitungan
aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi
program.
-
DAFTAR PUSTAKA
http://
cahyomuhajir.blogspot.com/2012/01/aritmetic-logic-unit.html?m=1
https://
http://www.softpedia.com/get/Others/Home-Education/Logisim.shtml
http://yogiearieffadillah.wordpress.com/2013/12/30/pengertian-dan-cara-kerja-arithmatic-
logical-unit-alu/
http://id.wikipedia.org/wiki/Gerbang_logika#Jenis-jenis_gerbang_logika